JP2009010096A

JP2009010096A - Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2009010096A
Application number: JP2007168798A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Suzuki; 達広鈴木; Toshiaki Shinohara; 俊朗篠原; Satoshi Tanimoto; 智谷本; Akihiro Hanamura; 昭宏花村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: JP5286700B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method, capable of eliminating the need for managing completion of a process of removing a carbon system by-product and a silicified contact base metal, suitably removing the carbon system by-product and the silicified contact base metal, and preventing peeling of a conductive film. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the silicon carbide semiconductor device is comprised of the steps of: forming a contact main material film 2 on an SiC substrate surface 1A, reacting the contact main material film 2 with an n-type 4H-SiC substrate 1 to generate an Ni silicide layer 5 in which Ni elements of the contact main material film 2 diffused in the n-type 4H-SiC substrate 1, and an Ni silicide layer 5 silicified by Si elements of n-type 4H-SiC substrate 1, graphite particles, and a surface graphite layer 6, and removing a part of the graphite particles 4, the surface graphite layer 6, and the Ni silicide layer 5 (including graphite particles) down to the SiC substrate surface 1A. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、超低損失パワーデバイス、高周波電力増幅素子、高温動作スイッチング素子などに使用される炭化珪素半導体装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device used for an ultra-low loss power device, a high-frequency power amplification element, a high-temperature operation switching element, and the like, and a method for manufacturing the same.

炭化珪素（以下、ＳｉＣとする。）は、高い降服電界や高い飽和電子速度、高い熱伝導率、高い耐熱性、高い化学的安定性、強靭な機械的強度などの優れた諸物性を備えるとともに、ｐｎ接合の形成が可能で、熱酸化シリコン膜を成長させることもできることから、Ｓｉでは達成できない超低損失パワーデバイスや高周波電力増幅素子、高温動作スイッチング素子などを実現させる半導体材料として古くから期待され、基礎研究が継続的に行われている。最近になって、大口径の比較的高品質な単結晶基板が市販されるようになったのを契機に、半導体産業界において、ＳｉＣ電子デバイスおよびその製造技術の開発が精力的に進められている（特許文献１参照）。 Silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) has excellent physical properties such as a high breakdown field, a high saturation electron velocity, high thermal conductivity, high heat resistance, high chemical stability, and tough mechanical strength. Since pn junctions can be formed and thermally oxidized silicon films can be grown, it has long been expected as a semiconductor material that realizes ultra-low loss power devices, high-frequency power amplification elements, high-temperature switching elements, etc. that cannot be achieved with Si. Basic research is ongoing. Recently, the development of SiC electronic devices and their manufacturing technologies has been vigorously promoted in the semiconductor industry, with the launch of a relatively large quality single crystal substrate with a large diameter. (See Patent Document 1).

上記ＳｉＣ電子デバイスの製造工程においては、最低１個のオーミックコンタクトの形成が必要である。当該オーミックコンタクトを形成する従来技術として、例えば、オーミックコンタクト部位にシリサイド電極を形成し、当該シリサイド電極上に上部導体膜を形成して、オーミックコンタクトを完成させる方法が採用されている。具体的には、ＳｉＣ基板上にシリサイドを形成する金属、例えば、Ｎｉからなるコンタクト母材膜をＥＢ蒸着等により形成する。その後、Ａｒ等の不活性雰囲気中で１０００℃の温度で２分間の急速加熱処理（以下、ＲＴＡ処理とする。）を行う。これにより、ＳｉＣ基板とコンタクト母材膜が反応し、ＳｉＣ基板中へＮｉが拡散した層（Ｎｉ拡散層）と、堆積したコンタクト母材膜へＳｉＣ基板中のＳｉと炭素が拡散した層（Ｎｉシリサイド層）ができる。これから、オーミック性を得ることができる。その後、上部導体膜を形成する。上部導体膜は、例えば回路基板に半導体を半田付けする時の半田濡れ性を改善するため、または、ワイヤボンディングの接続性を改善するために設けられる。上部導体膜として、例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇ積層膜が用いられる。 In the manufacturing process of the SiC electronic device, it is necessary to form at least one ohmic contact. As a conventional technique for forming the ohmic contact, for example, a method is employed in which a silicide electrode is formed at an ohmic contact portion, an upper conductor film is formed on the silicide electrode, and the ohmic contact is completed. Specifically, a contact matrix film made of a metal that forms silicide, for example, Ni, is formed on the SiC substrate by EB vapor deposition or the like. Thereafter, rapid heating treatment (hereinafter referred to as RTA treatment) for 2 minutes is performed at a temperature of 1000 ° C. in an inert atmosphere such as Ar. As a result, the SiC substrate and the contact matrix film react to each other, a layer in which Ni diffuses into the SiC substrate (Ni diffusion layer), and a layer in which Si and carbon in the SiC substrate diffuse into the deposited contact matrix film (Ni A silicide layer). From this, ohmic properties can be obtained. Thereafter, an upper conductor film is formed. The upper conductor film is provided, for example, to improve solder wettability when soldering a semiconductor to a circuit board or to improve wire bonding connectivity. For example, a Ti / Ni / Ag multilayer film is used as the upper conductor film.

しかし、堆積したコンタクト母材膜へ拡散したＳｉＣ基板中の炭素の一部は、Ｎｉシリサイド層の表面まで拡散して表面グラファイト層を形成する。また、上記炭素の残りは、Ｎｉシリサイド層中で凝集して、または、Ｎｉシリサイド層とＮｉ拡散層との界面付近で凝集して、グラファイト粒を形成する。そのため、密着性の悪い表面グラファイト層上に形成された上部導体膜が突然剥離してしまう。更に、半導体素子の長期的な使用等において、Ｎｉシリサイド層中に存在するグラファイト粒、または、Ｎｉシリサイド層とＮｉ拡散層との界面付近に存在するグラファイト粒が上部導体膜との界面へ拡散・析出し、より剥離が生じやすくなる。そこで、ＲＴＡ処理後、例えば、硫過水等を用いた化学エッチング（ウエットエッチング）で、Ｎｉシリサイド層の除去を行う方法（特許文献２参照）も採用されている。当該方法では、Ｎｉ膜、Ａｕ膜からなる上部導体膜を形成している。更に、物理エッチング（ドライエッチング）でＮｉシリサイド層の除去を行う方法（特許文献３参照）もある。
特開２００３−３１８３９８号公報特開２００６−０２４８８０号公報特開２００６−２６１６２４号公報 However, part of the carbon in the SiC substrate that has diffused into the deposited contact matrix film diffuses to the surface of the Ni silicide layer to form a surface graphite layer. The remaining carbon aggregates in the Ni silicide layer or aggregates in the vicinity of the interface between the Ni silicide layer and the Ni diffusion layer to form graphite grains. Therefore, the upper conductor film formed on the surface graphite layer having poor adhesion is suddenly peeled off. Furthermore, in the long-term use of a semiconductor device, graphite grains existing in the Ni silicide layer or graphite grains existing near the interface between the Ni silicide layer and the Ni diffusion layer are diffused to the interface with the upper conductor film. Precipitation occurs and peeling is more likely to occur. Therefore, after the RTA treatment, for example, a method of removing the Ni silicide layer by chemical etching (wet etching) using sulfuric water or the like (see Patent Document 2) is also employed. In this method, an upper conductor film made of a Ni film or an Au film is formed. Further, there is a method (see Patent Document 3) in which the Ni silicide layer is removed by physical etching (dry etching).
JP 2003-318398 A JP 2006-024880 A JP 2006-261624 A

しかしながら、特許文献２に示した従来の方法では、ＲＴＡ処理後の表面に、化学的に非常に安定な表面グラファイト層が形成されているので、エッチング液がＮｉシリサイド層中に入っていくのを表面グラファイト層が阻止してしまうため、Ｎｉシリサイド層のエッチング除去が困難となるといった問題があった。また、Ｎｉシリサイド層を硫過水等の酸でエッチング除去するのが困難であるという問題もあった。また、特許文献２および３に示した従来の方法では、Ｎｉシリサイド層とＮｉ拡散層との選択性を取ることが困難であるため、エッチングの終了を時間で管理する必要があった。 However, in the conventional method shown in Patent Document 2, since a chemically very stable surface graphite layer is formed on the surface after the RTA treatment, the etching solution enters the Ni silicide layer. Since the surface graphite layer blocks, there is a problem that it is difficult to remove the Ni silicide layer by etching. There is also a problem that it is difficult to etch away the Ni silicide layer with an acid such as sulfuric acid. In addition, in the conventional methods shown in Patent Documents 2 and 3, it is difficult to obtain selectivity between the Ni silicide layer and the Ni diffusion layer, and therefore it is necessary to manage the end of etching by time.

これにより、Ｎｉシリサイド層を適切にエッチング除去することができず、Ｎ
ｉシリサイド層中に存在するグラファイト粒、または、Ｎｉシリサイド層とＮｉ拡散層との界面付近に存在するグラファイト粒が、半導体素子の長期的な使用により、徐々に上部導体膜との界面へ拡散・析出し、剥がれを生ずるといった問題があった。 As a result, the Ni silicide layer cannot be removed properly by etching, and N
The graphite grains present in the i silicide layer or the graphite grains present in the vicinity of the interface between the Ni silicide layer and the Ni diffusion layer are gradually diffused to the interface with the upper conductor film by the long-term use of the semiconductor element. There was a problem of precipitation and peeling.

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、炭素系副産物および珪化したコンタクト母材膜を除去する工程の終了を時間で管理する必要がなく、炭素系副産物および珪化したコンタクト母材膜を適切に除去し、導体膜の剥離をより防止できる炭化珪素半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and it is not necessary to manage the end of the step of removing the carbon-based byproduct and the silicided contact matrix film in time, and the carbon-based byproduct and the silicified contact matrix film. An object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same that can appropriately remove the film and prevent the conductor film from peeling off.

上記目的達成のため、本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、コンタクト母材膜と炭化珪素基板を反応させて、コンタクト母材膜の材料が炭化珪素基板に拡散した拡散層と、炭化珪素基板の珪素により珪化したコンタクト母材膜と、炭素系副産物を生成する工程と、炭素系副産物および珪化したコンタクト母材膜を、炭化珪素基板の表面まで、除去する工程を含むことを特徴としている。 In order to achieve the above object, in a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, a contact base material film and a silicon carbide substrate are reacted, a diffusion layer in which the material of the contact base material film diffuses into the silicon carbide substrate, The method includes a step of generating a contact matrix film silicified with silicon on a silicon substrate, a step of generating a carbon-based byproduct, and a step of removing the carbon-based byproduct and the silicided contact matrix film to the surface of the silicon carbide substrate. Yes.

本発明により、炭素系副産物および珪化したコンタクト母材膜を除去する工程の終了を時間で管理する必要がなく、炭素系副産物および珪化したコンタクト母材膜を適切に除去することができる。よって、導体膜の剥離をより防止することができる。 According to the present invention, it is not necessary to manage the end of the step of removing the carbon-based by-product and the silicified contact base film with time, and the carbon-based by-product and the silicified contact base film can be appropriately removed. Therefore, peeling of the conductor film can be further prevented.

以下に、本発明の第１乃至第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置およびその製造方法について、図１乃至図６を参照して説明する。第１乃至第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置は、超低損失パワーデバイス、高周波電力増幅素子、高温動作スイッチング素子などに使用されている。 A silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same according to first to second embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. A silicon carbide semiconductor device manufactured by using the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first or second embodiment is used for an ultra-low loss power device, a high-frequency power amplification element, a high-temperature operation switching element, or the like. .

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置について図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置の要部断面図である。図１では、単純なオーミックコンタクトを有する炭化珪素半導体装置を示している。本炭化珪素半導体装置は、炭化珪素（以下、ＳｉＣとする。）基板であるｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１と、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１の表面（以下、ＳｉＣ基板表面１Ａ（図２参照）とする。）上の一部に形成された拡散層であるＮｉ拡散層３と、Ｎｉ拡散層３上に形成された上部導体膜８を備えている。ここで、例えば、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１の（０００１）_Ｓｉ面が主面となり、その裏面がコンタクト面になっている。コンタクト面付近、すなわち、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１におけるＮｉ拡散層３との界面付近には、高濃度のｎ型不純物がドープされている。Ｎｉ拡散層３は、後述するように、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に形成されたコンタクト母材膜２（図２参照）をＲＴＡ処理して生成される。更に、Ｎｉ拡散層３は、炭素系副産物であるグラファイト粒４（図２参照）を過剰に含まず、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に対してオーミックコンタクトとなる。一方、上部導体膜８は、実装用のメタライズ膜（例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇ積層膜）の場合もあるし、電流取出し用の表面配線（Ａｌ膜やＣｕ膜）の場合もある。第１の実施形態では、上部導体膜８は実装用のメタライズ膜である。 (First embodiment)
First, a silicon carbide semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part of a silicon carbide semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a silicon carbide semiconductor device having a simple ohmic contact. The silicon carbide semiconductor device includes an n-type 4H—SiC substrate 1 which is a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) substrate, and a surface of the n-type 4H—SiC substrate 1 (hereinafter referred to as SiC substrate surface 1A (see FIG. 2)). The Ni diffusion layer 3 which is a diffusion layer formed in a part on the upper side, and the upper conductor film 8 formed on the Ni diffusion layer 3 are provided. Here, for example, the (0001) _Si surface of the n-type 4H—SiC substrate 1 is the main surface, and the back surface is the contact surface. In the vicinity of the contact surface, that is, in the vicinity of the interface with the Ni diffusion layer 3 in the n-type 4H—SiC substrate 1, high-concentration n-type impurities are doped. As will be described later, the Ni diffusion layer 3 is generated by subjecting the contact base material film 2 (see FIG. 2) formed on the n-type 4H—SiC substrate 1 to RTA processing. Furthermore, the Ni diffusion layer 3 does not contain excessive graphite grains 4 (see FIG. 2) that are carbon-based byproducts, and is in ohmic contact with the n-type 4H—SiC substrate 1. On the other hand, the upper conductor film 8 may be a metallized film for mounting (for example, a Ti / Ni / Ag laminated film) or a surface wiring (Al film or Cu film) for current extraction. In the first embodiment, the upper conductor film 8 is a metallized film for mounting.

次に、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図２は図１に示す炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面工程図、図３は図２（ｃ）に示すグラファイト粒４および表面グラファイト層６の生成過程を示す図、図４は図２（ｃ）に示す状態の深さ方向の元素分析結果、図５は図２に示す炭化珪素半導体装置の製造方法に使用される研磨装置の斜視図である。第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、図２（ａ）〜（ｆ）に示した工程から構成される。当該製造方法は、図２（ａ）に示す工程のように、まず、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１を１１６０℃でドライ酸化する。当該ドライ酸化により、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１の表面上に熱酸化膜が成長するので、本熱酸化膜を直ちに緩衝フッ酸溶液で除去する。これより、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１の表層に存在する低品質の結晶層を除き、高品質の結晶層を露出させている。この犠牲酸化処理は、コンタクトの低抵抗化を達成するためには、非常に大切な処理であるが、低抵抗コンタクトを求めないのであるなら、省略してもよい。次に、図２（ｂ）に示す工程のように、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１を超純水ですすぎ、乾燥させたところで、ＤＣスパッタリングやＥＢ蒸着などの成膜手段を用いて、ＳｉＣ基板表面１Ａ上の一部にコンタクト母材膜２を形成する。ここで、コンタクト母材膜２の材料は、ＲＴＡ処理でシリサイドを生成し、炭素系副産物を生成する導電性の材料であるＮｉ元素を用いている。また、ＳｉＣ基板表面１Ａ上の一部だけにコンタクト母材膜２を形成するパターニング方法は、例えば蒸着マスクを用いて蒸着する方法でも良いし、リフトオフ法でも良い。コンタクト母材膜２の膜厚は、上部導体膜８の剥離発生に強い影響を与える因子のひとつである。コンタクト母材膜２を厚くすると、後のＲＴＡ処理で生成される炭素系副産物の量が増大し、その結果、上部導体膜８の剥離が発生する危険性が高まる。したがって、コンタクト母材膜２の膜厚はできるだけ薄いほうがよい。しかし、コンタクト母材膜２の膜厚を薄くしすぎると、ある膜厚からコンタクト抵抗が急激に増大するという問題が起こるので、それは好ましくない。コンタクト母材膜２を薄くしていったとき、コンタクト抵抗が急増し始める直前の厚みが最適な膜厚である。例えば、上部導体膜８との界面が非常に平坦な場合には概ね５０ｎｍが、当該界面が微細な凹凸がある研削面のような場合には大体１００ｎｍが、コンタクト母材膜２の厚さの最適値である。また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１の結晶品質や結晶系、研磨（または研削）の状態によっても最適膜厚は多少変わる。一般的に言って、最適な膜厚は概ね１５ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の範囲であり、大抵は２５ｎｍ以上１２５ｎｍ以下の範囲である。 Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described. 2 is a cross-sectional process diagram illustrating a method of manufacturing the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing a process of generating the graphite grains 4 and the surface graphite layer 6 shown in FIG. 2 (c), and FIG. FIG. 5 is a perspective view of a polishing apparatus used in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 2 as a result of elemental analysis in the depth direction in the state shown in FIG. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment includes the steps shown in FIGS. In the manufacturing method, first, the n-type 4H—SiC substrate 1 is dry-oxidized at 1160 ° C. as in the step shown in FIG. Since the thermal oxidation film grows on the surface of the n-type 4H—SiC substrate 1 by the dry oxidation, the thermal oxidation film is immediately removed with a buffered hydrofluoric acid solution. Thus, the high-quality crystal layer is exposed except for the low-quality crystal layer present in the surface layer of the n-type 4H—SiC substrate 1. This sacrificial oxidation process is a very important process in order to achieve a reduction in contact resistance, but may be omitted if a low resistance contact is not required. Next, as shown in FIG. 2B, when the n-type 4H—SiC substrate 1 is rinsed with ultrapure water and dried, a SiC substrate is formed using a film forming means such as DC sputtering or EB deposition. A contact base material film 2 is formed on a part of the surface 1A. Here, as the material of the contact base material film 2, Ni element which is a conductive material that generates silicide by RTA processing and generates a carbon-based byproduct is used. The patterning method for forming the contact base material film 2 only on a part of the SiC substrate surface 1A may be a method of vapor deposition using, for example, a vapor deposition mask or a lift-off method. The film thickness of the contact base material film 2 is one of the factors that strongly influence the occurrence of peeling of the upper conductor film 8. When the contact base material film 2 is thickened, the amount of carbon-based by-products generated in the subsequent RTA process increases, and as a result, the risk of peeling of the upper conductor film 8 increases. Therefore, the contact base material film 2 should be as thin as possible. However, if the thickness of the contact base material film 2 is made too thin, there is a problem that the contact resistance rapidly increases from a certain thickness, which is not preferable. When the contact base material film 2 is made thinner, the thickness immediately before the contact resistance starts to increase rapidly is the optimum film thickness. For example, when the interface with the upper conductor film 8 is very flat, the thickness of the contact base material film 2 is approximately 50 nm, and when the interface is a ground surface having fine irregularities, the thickness is approximately 100 nm. It is an optimal value. The optimum film thickness varies somewhat depending on the crystal quality and crystal system of the n-type 4H—SiC substrate 1 and the state of polishing (or grinding). Generally speaking, the optimum film thickness is generally in the range of 15 nm to 250 nm, and usually in the range of 25 nm to 125 nm.

次に、図２（ｃ）に示す工程のように、コンタクト母材膜２を形成した後、直ちに急速加熱処理装置に設置して、水分や酸素を徹底的に除いた高純度のＡｒ等の不活性雰囲気中で１０００℃、２分間の急速加熱処理（以下、ＲＴＡ処理とする。）を実施する。上記ＲＴＡ処理により、珪化したコンタクト母材膜であるＮｉシリサイド層５およびＮｉ拡散層３が生成されるとともに、炭素系副産物であるグラファイト粒４および炭素系副産物である表面グラファイト層６が生成される。ここで、グラファイト粒４および表面グラファイト層６の生成過程について説明する。なお、説明上、図３はＳｉＣ基板表面１Ａを紙面上向きにして示している。図３（ａ）は、図２（ｂ）に示した工程を実施した状態である。次に、図３（ｂ）に示すように、ＲＴＡ処理を実施すると、コンタクト母材膜２の材料であるＮｉ元素がｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に拡散し、ＮｉＳｉを主成分とするＮｉ拡散層３が生成される。同時に、Ｎｉ拡散層３ではＮｉ元素がＳｉ元素と反応することで、ＳｉＣの結合が解かれる。すなわち、Ｎｉ＋ＳｉＣ→ＮｉＳｉ＋Ｃの反応が生じる。コンタクト母材膜２からｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１にＮｉ元素が拡散することから、Ｎｉ元素が増えた分だけ、Ｎｉ拡散層３が膨張する。これから、Ｎｉ拡散層表面３Ａ、すなわち、Ｎｉ拡散層３におけるコンタクト母材膜２
との界面は、ＳｉＣ基板表面１Ａより高くなる。なお、ＳｉＣの結合は強いため、ＳｉＣ単独で加熱されたときはＳｉＣの結合は切れない。 Next, as shown in FIG. 2 (c), after forming the contact base material film 2, it is immediately placed in a rapid heat treatment apparatus, such as high-purity Ar from which moisture and oxygen are thoroughly removed. Rapid heat treatment (hereinafter referred to as RTA treatment) at 1000 ° C. for 2 minutes in an inert atmosphere is performed. By the RTA process, the Ni silicide layer 5 and the Ni diffusion layer 3 which are silicified contact base films are generated, and the graphite grains 4 which are carbon-based byproducts and the surface graphite layer 6 which is carbon-based byproducts are generated. . Here, the generation process of the graphite grains 4 and the surface graphite layer 6 will be described. For the sake of explanation, FIG. 3 shows the SiC substrate surface 1A facing upward. FIG. 3A shows a state in which the process shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3B, when the RTA process is performed, Ni element which is a material of the contact base material film 2 diffuses into the n-type 4H—SiC substrate 1 and Ni diffusion mainly containing NiSi. Layer 3 is generated. At the same time, in the Ni diffusion layer 3, the Ni element reacts with the Si element, so that the SiC bond is released. That is, a reaction of Ni + SiC → NiSi + C occurs. Since the Ni element diffuses from the contact base material film 2 to the n-type 4H—SiC substrate 1, the Ni diffusion layer 3 expands as much as the Ni element increases. From this, the Ni diffusion layer surface 3A, that is, the contact base material film 2 in the Ni diffusion layer 3 is used.
Is higher than the SiC substrate surface 1A. In addition, since the coupling | bonding of SiC is strong, when heated only by SiC, the coupling | bonding of SiC does not break.

一般に、Ｓｉ元素の拡散速度は、セラミックであるＳｉＣ中よりも、金属であるＮｉ元素中のほうが格段に速い。そのため、Ｎｉ拡散層表面３Ａ付近のＳｉ元素がコンタクト母材膜２へ拡散する。コンタクト母材膜２へ拡散したＳｉ元素１１はコンタクト母材膜２中のＮｉ元素と反応して、高温ではＮｉＳｉより安定なＮｉ_２Ｓｉを主成分とするＮｉシリサイド層５を生成する。一方、図３（ｃ）に示すように、Ｎｉ拡散層３のＮｉ拡散層表面３Ａ付近にＣ元素が残り、Ｃ元素の濃度が高いＣ濃度増加部３ＢがＮｉ拡散層表面３Ａ付近に生じる。Ｃ元素は１０００℃ではＮｉ元素およびＳｉ元素と反応しない。そのため、図３（ｄ）に示すように、Ｃ濃度増加部３ＢのＣ元素の一部は、Ｃ濃度増加部３Ｂで凝集してグラファイト粒４となる。よって、ＳｉＣ基板表面１Ａの高さより高い位置にあるＮｉ拡散層表面３Ａ付近にＣ濃度増加部３Ｂが生じ、Ｃ濃度増加部３Ｂにグラファイト粒４が凝集するので、グラファイト粒４の一部はＳｉＣ基板表面１Ａの高さより高い位置にある。また、Ｃ元素の拡散速度は、ＳｉＣ中よりもＮｉ元素中のほうが速い。そのため、図３（ｄ）に示したように、Ｎｉ拡散層３およびＣ濃度増加部３ＢのＣ元素の一部は、Ｎｉシリサイド層５へ拡散する。Ｎｉシリサイド層５へ拡散したＣ元素１２の一部は、Ｎｉシリサイド層５中で凝集して、炭素系副産物であるグラファイト粒（不図示）となる。また、Ｎｉシリサイド層５へ拡散したＣ元素１２の一部は、Ｎｉシリサイド層５の表面、すなわち、Ｎｉシリサイド層５におけるＮｉ拡散層３との界面と対向する面まで拡散する。その後、Ｎｉシリサイド層５の表面で表面グラファイト層６となる。以上の過程を経て、グラファイト粒４および表面グラファイト層６が生成される。 In general, the diffusion rate of Si element is much faster in Ni element as a metal than in SiC as ceramic. Therefore, the Si element near the Ni diffusion layer surface 3 </ b> A diffuses into the contact base material film 2. The Si element 11 diffused into the contact matrix film 2 reacts with the Ni element in the contact matrix film 2 to generate a Ni silicide layer 5 mainly composed of Ni ₂ Si, which is more stable than NiSi at a high temperature. On the other hand, as shown in FIG. 3C, the C element remains in the vicinity of the Ni diffusion layer surface 3A of the Ni diffusion layer 3, and a C concentration increasing portion 3B having a high concentration of C element is generated in the vicinity of the Ni diffusion layer surface 3A. C element does not react with Ni element and Si element at 1000 ° C. Therefore, as shown in FIG. 3D, a part of the C element in the C concentration increasing portion 3B is aggregated into the graphite particles 4 in the C concentration increasing portion 3B. Therefore, the C concentration increasing portion 3B is generated in the vicinity of the Ni diffusion layer surface 3A at a position higher than the height of the SiC substrate surface 1A, and the graphite particles 4 are aggregated in the C concentration increasing portion 3B. It is in a position higher than the height of the substrate surface 1A. Also, the diffusion rate of C element is faster in Ni element than in SiC. Therefore, as shown in FIG. 3D, a part of the C element in the Ni diffusion layer 3 and the C concentration increasing portion 3B diffuses into the Ni silicide layer 5. A part of the C element 12 diffused into the Ni silicide layer 5 aggregates in the Ni silicide layer 5 and becomes graphite grains (not shown) which are carbon-based byproducts. Further, part of the C element 12 diffused into the Ni silicide layer 5 diffuses to the surface of the Ni silicide layer 5, that is, the surface facing the interface with the Ni diffusion layer 3 in the Ni silicide layer 5. Thereafter, a surface graphite layer 6 is formed on the surface of the Ni silicide layer 5. Through the above process, the graphite grains 4 and the surface graphite layer 6 are generated.

図２（ｃ）に示した工程により生成されたＮｉ拡散層３はｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１との界面で極めて低いコンタクト抵抗を呈するようになる。ここで、図２（ｃ）に示した状態にＡＥＳ分析を行い、深さ方向の元素分布を調べた結果が図４である。図４の横軸はＳｉＯ_２スパッタリングレートを用いてスパッタ時間から深さへの換算を行った距離であり、図４の縦軸は各元素の存在割合である。図４において、深さ２００〜５００ｎｍの部分はｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１にＮｉ元素が拡散した部分（Ｎｉ拡散層３）であり、深さ２００ｎｍ未満の部分は蒸着したコンタクト母材膜２に、Ｎｉ元素の拡散で分解したｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に含まれるＳｉ元素が拡散してきて、Ｎｉ_２Ｓｉが生成された部分（Ｎｉシリサイド層５）である。また、深さ０ｎｍ付近は表面グラファイト層６である。そのため、深さ０ｎｍ付近のＣ元素の存在割合が高くなっている。 The Ni diffusion layer 3 generated by the process shown in FIG. 2C exhibits extremely low contact resistance at the interface with the n-type 4H—SiC substrate 1. Here, FIG. 4 shows the result of performing the AES analysis in the state shown in FIG. 2C and examining the element distribution in the depth direction. The horizontal axis of FIG. 4 is a distance obtained by converting the sputtering time to the depth using the SiO ₂ sputtering rate, and the vertical axis of FIG. 4 is the existence ratio of each element. In FIG. 4, a portion having a depth of 200 to 500 nm is a portion where the Ni element is diffused in the n-type 4H—SiC substrate 1 (Ni diffusion layer 3), and a portion having a depth of less than 200 nm is formed on the deposited contact matrix film 2. This is a portion (Ni silicide layer 5) where Si element contained in the n-type 4H—SiC substrate 1 decomposed by diffusion of Ni element is diffused and Ni ₂ Si is generated. The surface graphite layer 6 is near the depth of 0 nm. Therefore, the existence ratio of the C element near the depth of 0 nm is high.

また、図２（ｃ）に示したように、Ｎｉ拡散層３におけるｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１との界面と対向する面は、ＳｉＣ基板表面１Ａと同一平面にある。すなわち、Ｎｉ拡散層３はｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に埋め込まれている。また、Ｎｉシリサイド層５はＳｉＣ基板表面１Ａよりも高い位置に存在している。図２（ｃ）に示した状態の位置関係になるのは、コンタクト母材膜２の厚さがおおよそ２５０ｎｍ以下の場合である。２５０ｎｍよりも厚いと、Ｎｉ元素のｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１への拡散が進みすぎ、Ｎｉ拡散層３におけるｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１との界面と対向する面が、ＳｉＣ基板表面１Ａよりも低い位置に存在する場合がある。これから、コンタクト母材膜２の膜厚は、２５０ｎｍ以下が望ましい。 Further, as shown in FIG. 2C, the surface of the Ni diffusion layer 3 facing the interface with the n-type 4H—SiC substrate 1 is in the same plane as the SiC substrate surface 1A. That is, the Ni diffusion layer 3 is embedded in the n-type 4H—SiC substrate 1. The Ni silicide layer 5 exists at a position higher than the SiC substrate surface 1A. The positional relationship in the state shown in FIG. 2C is when the thickness of the contact base material film 2 is approximately 250 nm or less. If it is thicker than 250 nm, the diffusion of Ni element into the n-type 4H—SiC substrate 1 proceeds too much, and the surface of the Ni diffusion layer 3 facing the interface with the n-type 4H—SiC substrate 1 is more than the SiC substrate surface 1A. May be in a lower position. From this, the thickness of the contact base material film 2 is desirably 250 nm or less.

次に、図２（ｄ）に示す工程のように、グラファイト粒４の一部、Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）および表面グラファイト層６の研磨除去を行う。図２（ｄ）に示した工程では、ＣＭＰを用いた方法で研磨除去する。なお、オーミックコンタクトに必要なのは、Ｎｉ拡散層３であるので、Ｎｉシリサイド層５を研磨除去してもコンタクト抵抗には影響を与えない。また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１におけるコンタクト母材膜２を形成した面、すなわち、ＳｉＣ基板表面１Ａと対向する面にデバイス等の構造が存在している場合、上記デバイス等を保護するため、研磨前にレジストやワックス等をつけると良い。 Next, as in the step shown in FIG. 2D, a part of the graphite grains 4, the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) and the surface graphite layer 6 are polished and removed. In the step shown in FIG. 2D, polishing is removed by a method using CMP. Since the Ni diffusion layer 3 is necessary for the ohmic contact, even if the Ni silicide layer 5 is removed by polishing, the contact resistance is not affected. In addition, when a structure such as a device exists on the surface of the n-type 4H-SiC substrate 1 on which the contact matrix film 2 is formed, that is, the surface facing the SiC substrate surface 1A, in order to protect the device or the like, It is recommended to attach resist or wax before polishing.

図５では、図２（ｄ）の工程で使用される簡略化したＣＭＰ研磨装置の斜視図を示している。図５に示すＣＭＰ研磨装置は、駆動モータ２５の駆動力により回転する定盤２４と、定盤２４上に配置された研磨ポリッシャ２３と、ＳｉＣ基板２２を研磨ポリッシャ２３および定盤２４に固定する基板ホルダ２１とを備えている。そして、基板ホルダ２１で固定されたＳｉＣ基板２２の研磨面を、定盤２４と共に回転する研磨ポリッシャ２３が研磨する。そのため、研磨ポリッシャ２３は研磨だれを小さくするために、なるべく硬い素材を用いたほうが良い。なお、ＳｉＣ基板２２は、図２（ｃ）に示した状態を示している。また、ＳｉＣ基板２２のＣＭＰ研磨装置への保持は、研磨面、すなわち、表面グラファイト層６におけるＮｉシリサイド層５との界面と対向する面が研磨ポリッシャ２３と平行になるようにする。砥粒はアルミナ系スラリーを用い、加工液としては、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ_３）_２）、過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）、ヨウ化カリウム（ＫＩＯ_３）等の酸化剤を用いると良いが、これに限らない。 FIG. 5 shows a perspective view of a simplified CMP polishing apparatus used in the step of FIG. The CMP polishing apparatus shown in FIG. 5 fixes the surface plate 24 rotated by the driving force of the drive motor 25, the polishing polisher 23 arranged on the surface plate 24, and the SiC substrate 22 to the polishing polisher 23 and the surface plate 24. A substrate holder 21 is provided. Then, the polishing polisher 23 that rotates together with the surface plate 24 polishes the polishing surface of the SiC substrate 22 fixed by the substrate holder 21. Therefore, it is better to use a hard material as much as possible for the polishing polisher 23 in order to reduce polishing dripping. Note that the SiC substrate 22 is in the state shown in FIG. The SiC substrate 22 is held in the CMP polishing apparatus so that the polishing surface, that is, the surface of the surface graphite layer 6 facing the interface with the Ni silicide layer 5 is parallel to the polishing polisher 23. Alumina-based slurry is used for the abrasive grains, and an oxidizing agent such as iron nitrate (Fe (NO ₃ ) ₂ ), hydrogen peroxide solution (H ₂ O ₂ ), potassium iodide (KIO ₃ ) is used as the processing liquid. Good but not limited to this.

図２（ｄ）に示した研磨除去工程では、表面グラファイト層６が研磨ポリッシャ２３に当たり、研磨される。表面グラファイト層６の研磨除去工程が終了した後、引き続き、Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）の研磨除去工程が開始される。当該研磨除去工程は、研磨面がＳｉＣ基板表面１Ａに達するまで実施される。研磨面がＳｉＣ基板表面１Ａまで達すると、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１が硬いため研磨速度が遅くなる。これから、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１は研磨ストッパとして働く。具体的には、表面グラファイト層６およびＮｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）が研磨ポリッシャ２３で研磨されているときは、研磨面と研磨ポリッシャ２３との摩擦が大きいため、駆動モータ２５の駆動電流が大きいものの、研磨面がＳｉＣ基板表面１Ａに達すると、研磨面と研磨ポリッシャ２３との摩擦が減り、駆動モータ２５の駆動電流が減少する。よって、駆動モータ２５の駆動電流を検出することで、図２（ｄ）に示した研磨除去工程の終了時点を確実に判断することができる。 In the polishing removal step shown in FIG. 2D, the surface graphite layer 6 hits the polishing polisher 23 and is polished. After the polishing removal process of the surface graphite layer 6 is completed, the polishing removal process of the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) is subsequently started. The polishing removal step is performed until the polished surface reaches the SiC substrate surface 1A. When the polishing surface reaches the SiC substrate surface 1A, the polishing rate becomes slow because the n-type 4H—SiC substrate 1 is hard. Thus, the n-type 4H—SiC substrate 1 functions as a polishing stopper. Specifically, when the surface graphite layer 6 and the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) are polished by the polishing polisher 23, the friction between the polishing surface and the polishing polisher 23 is large, so that the drive motor However, when the polishing surface reaches the SiC substrate surface 1A, the friction between the polishing surface and the polishing polisher 23 decreases, and the driving current of the drive motor 25 decreases. Therefore, by detecting the drive current of the drive motor 25, it is possible to reliably determine the end point of the polishing removal process shown in FIG.

上記のように、表面グラファイト層６およびＮｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）はＳｉＣ基板表面１Ａよりも高い位置に存在し、Ｎｉ拡散層３はｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に埋め込まれている。図２（ｄ）に示した研磨除去工程で、ＳｉＣ基板表面１Ａまで研磨することにより、Ｎｉ拡散層３を残しつつ、表面グラファイト層６およびＮｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）を適切に除去することができる。同時に、ＳｉＣ基板表面１Ａの高さより高い位置にあるグラファイト粒４を取り除くことができる。その後、研磨スラリーや生じた研磨くずを洗浄する。当該洗浄の際、スポンジブラシでスクライビングしたり、超音波を印加すると効率的に洗浄することができる。 As described above, the surface graphite layer 6 and the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) are present at a position higher than the SiC substrate surface 1A, and the Ni diffusion layer 3 is embedded in the n-type 4H—SiC substrate 1. It is. By polishing to the SiC substrate surface 1A in the polishing removal step shown in FIG. 2D, the surface graphite layer 6 and the Ni silicide layer 5 (including not-shown graphite grains) are left while the Ni diffusion layer 3 remains. Can be removed appropriately. At the same time, the graphite grains 4 at a position higher than the height of the SiC substrate surface 1A can be removed. Thereafter, the polishing slurry and the generated polishing waste are washed. In the case of the said washing | cleaning, it can wash | clean efficiently by scribing with a sponge brush or applying an ultrasonic wave.

次に、図２（ｅ）に示す工程のように、グラファイト粒４におけるＮｉ拡散層３にめり込んだ部分の除去を行う。図２（ｄ）に示した研磨除去工程により、余剰な炭素（表面グラファイト層６、グラファイト粒およびグラファイト粒４）の大部分は除去されているが、Ｎｉシリサイド層５とＮｉ拡散層３との界面付近に存在するグラファイト粒４の一部は、Ｎｉ拡散層３にめり込んでいる場合もある。グラファイト粒４のめり込んだ部分は、図２（ｄ）に示した研磨除去工程では完全には除去できず、Ｎｉ拡散層３に頭を出した状態になっている。そこで、グラファイト粒４におけるＮｉ拡散層３にめり込んだ部分を、必要に応じてプラズマエッチングにより除去を行う。プラズマエッチングのガスに酸素や水素を用いると、これらの元素は炭素と結合しやすいために、炭素の除去を効率的に行うことができる。第１の実施形態では、プラズマエッチングのガスに酸素を用いている。なお、これにより、Ｎｉ拡散層３の表面に酸化膜ができた場合には、当該酸化膜が上部導体膜８との密着性を悪くする懸念があるので、フッ酸等のエッチング液を用いたケミカルエッチングにより、当該酸化膜を除去することが望ましい。当該酸化膜除去工程により、上部導体膜８の密着性を向上でき、信頼性を向上できる。図２（ｅ）に示した工程を経ることにより、図２（ｅ）に示されるようなＮｉ拡散層３の表面に多数のくぼみがついた構造ができる。 Next, as in the step shown in FIG. 2 (e), the portion of the graphite grain 4 that is recessed into the Ni diffusion layer 3 is removed. Although most of the excess carbon (surface graphite layer 6, graphite grains and graphite grains 4) has been removed by the polishing removal process shown in FIG. 2D, the Ni silicide layer 5 and the Ni diffusion layer 3 Some of the graphite grains 4 present in the vicinity of the interface may be embedded in the Ni diffusion layer 3. The portion in which the graphite grains 4 are recessed cannot be completely removed by the polishing removal process shown in FIG. 2D, and the Ni diffusion layer 3 is protruded. Therefore, the portion of the graphite grain 4 that is recessed into the Ni diffusion layer 3 is removed by plasma etching as necessary. When oxygen or hydrogen is used as a plasma etching gas, these elements are easily bonded to carbon, so that carbon can be efficiently removed. In the first embodiment, oxygen is used as the plasma etching gas. In this case, when an oxide film is formed on the surface of the Ni diffusion layer 3, an etching solution such as hydrofluoric acid is used because the oxide film may deteriorate the adhesion to the upper conductor film 8. It is desirable to remove the oxide film by chemical etching. By the oxide film removing step, the adhesion of the upper conductor film 8 can be improved and the reliability can be improved. By passing through the process shown in FIG. 2E, a structure in which a number of depressions are formed on the surface of the Ni diffusion layer 3 as shown in FIG.

次に、図２（ｆ）に示す工程のように、図２（ｅ）に示した状態を十分洗浄する。その後、直ちに、ＤＣスパッタリングあるいは電子ビーム蒸着などの成膜手段を用いて、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｇを順に被着させて積層したＴｉ／Ｎｉ／Ａｇ積層膜である上部導体膜８を、Ｎｉ拡散層３の表面に形成する。ここで、上部導体膜８は、Ｎｉ拡散層３の表面にできた多数のくぼみを埋めており、アンカー効果により強固に接合されている。また、上部導体膜８にパターニングが必要な場合は、上部導体膜８の形成後、続けて、フォトリソグラフィーとエッチングを実施するようにする。上部導体膜８を形成することで、半田付け性およびワイヤボンディング接合性が増す。図２（ｆ）に示した工程の実施後、図１に示した、本発明の第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 2F, the state shown in FIG. Immediately thereafter, the upper conductor film 8 which is a Ti / Ni / Ag laminated film in which Ti, Ni, and Ag are sequentially deposited by using a film forming means such as DC sputtering or electron beam evaporation is formed on the Ni diffusion layer. 3 is formed on the surface. Here, the upper conductor film 8 fills a large number of depressions formed on the surface of the Ni diffusion layer 3 and is firmly bonded by the anchor effect. When the upper conductor film 8 needs to be patterned, photolithography and etching are performed after the formation of the upper conductor film 8. By forming the upper conductor film 8, solderability and wire bondability are increased. After the process shown in FIG. 2F, the silicon carbide semiconductor device manufactured using the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is completed.

以上より、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いることで、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に形成されたコンタクト母材膜２の膜厚を２５０ｎｍ以下とし、表面グラファイト層６およびＮｉシリサイド層５をＳｉＣ基板表面１Ａよりも高い位置に存在させつつ、Ｎｉ拡散層３をｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に埋め込ませることができ、更に、図２（ｄ）に示した研磨除去工程でＳｉＣ基板表面１Ａまで研磨することにより、Ｎｉ拡散層３を残しつつ、グラファイト粒４の一部、表面グラファイト層６およびＮｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）を適切に精度良く除去することができる。また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１が研磨ストッパとして働くので、従来のようにグラファイト粒４の一部、表面グラファイト層６およびＮｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）を除去する工程の終了を時間で管理する必要がなく、Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）を適切に除去することができる。Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）の研磨除去と同時に、ＳｉＣ基板表面１Ａの高さより高い位置にあるグラファイト粒４を取り除くことができる。更に、グラファイト粒４におけるＮｉ拡散層３にめり込んだ部分を、プラズマエッチングにより除去することもでき、上部導体膜８の密着性向上および信頼性向上を実現することができる。これから、Ｎｉ拡散層３は、上部導体膜８の剥離の要因となりうる過剰量の炭素（グラファイト粒４）を実質含まないので、上部導体膜８の初期的な剥離をより防止できる。更に、長期的な使用による、上部導体膜８との界面へのグラファイト粒４の拡散・析出が起こらず、上部導体膜８の剥離をより防止することができる。また、上部導体膜８は、Ｎｉ拡散層３の表面にできた多数のくぼみを埋めており、アンカー効果により強固に接合されていることから、上部導体膜８の密着性向上および信頼性向上を実現することができる。なお、図１に示した炭化珪素半導体装置の実現を可能にしたのは、Ｎｉシリサイド層５とＮｉ拡散層３との界面付近にグラファイト粒４が存在することを発見し、Ｎｉシリサイド層５をＳｉＣ基板表面１Ａよりも高い位置に存在させ、上部導体膜８の形成前に実施する研磨除去工程により、研磨面がＳｉＣ基板表面１Ａに達するまで研磨することで、グラファイト粒４およびＮｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）を適切に精度良く除去したからである。 As described above, by using the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, the thickness of the contact matrix film 2 formed on the n-type 4H—SiC substrate 1 is 250 nm or less, and the surface graphite layer 6 In addition, the Ni diffusion layer 3 can be embedded in the n-type 4H—SiC substrate 1 while the Ni silicide layer 5 is present at a position higher than the SiC substrate surface 1A, and the polishing removal shown in FIG. By polishing to the SiC substrate surface 1A in the process, a part of the graphite grains 4, the surface graphite layer 6 and the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) are appropriately and accurately left while leaving the Ni diffusion layer 3. Can be removed. Further, since the n-type 4H—SiC substrate 1 functions as a polishing stopper, a part of the graphite grains 4, the surface graphite layer 6 and the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) are removed as in the prior art. It is not necessary to manage the end by time, and the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) can be removed appropriately. Simultaneously with polishing and removal of the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown), the graphite grains 4 at a position higher than the height of the SiC substrate surface 1A can be removed. Furthermore, the portion of the graphite grain 4 that is embedded in the Ni diffusion layer 3 can be removed by plasma etching, and the adhesion and reliability of the upper conductor film 8 can be improved. From this, since the Ni diffusion layer 3 does not substantially contain an excessive amount of carbon (graphite grains 4) that may cause the upper conductor film 8 to peel off, the initial peeling of the upper conductor film 8 can be further prevented. Further, the graphite particles 4 are not diffused and precipitated at the interface with the upper conductor film 8 due to long-term use, and the upper conductor film 8 can be further prevented from peeling off. Further, since the upper conductor film 8 fills a large number of depressions formed on the surface of the Ni diffusion layer 3 and is firmly bonded by the anchor effect, the adhesion and reliability of the upper conductor film 8 are improved. Can be realized. Note that the realization of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1 was made possible by finding that the graphite grains 4 exist in the vicinity of the interface between the Ni silicide layer 5 and the Ni diffusion layer 3. The graphite particles 4 and the Ni silicide layer 5 are polished by polishing until the polished surface reaches the SiC substrate surface 1A by a polishing removal process performed before the formation of the upper conductor film 8 and existing at a position higher than the SiC substrate surface 1A. This is because (including graphite grains not shown) is removed appropriately and accurately.

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図６を参照して説明する。また、第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。なお、第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置は、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置と全く同じである。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。 (Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 6 focusing on differences from the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. Also, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment, the same structure as the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment is given the same number, and the description thereof is omitted. The silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is exactly the same as the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. Thereby, the effect similar to 1st Embodiment is acquirable.

次に、第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面工程図である。第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法が、第１の実施形態と異なる点は、図２（ｄ）に示した研磨除去工程の代わりに、図６に示す切削除去工程を用いたことだけである。図６に示した切削除去工程では、グラファイト粒４の一部、Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）および表面グラファイト層６を除去する際、ＳｉＣ基板表面１Ａに沿わせて、切削装置であるダイヤモンド切削工具３０を動かしている。図６に示した切削除去工程でも、第１の実施形態と同様に、グラファイト粒４の一部、Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）および表面グラファイト層６を除去できる。更に、第１の実施形態と異なり、研磨スラリーが必要でなくなるので、研磨スラリーによるＳｉＣ基板２２の汚染が発生せず、洗浄が容易になる。 Next, a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional process diagram illustrating a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The silicon carbide semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the cutting removal process shown in FIG. 6 is used instead of the polishing removal process shown in FIG. It was just that. In the cutting removal process shown in FIG. 6, when removing a part of the graphite grains 4, the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) and the surface graphite layer 6, the cutting is performed along the SiC substrate surface 1A. The diamond cutting tool 30 which is an apparatus is moved. Also in the cutting removal process shown in FIG. 6, a part of the graphite grains 4, the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) and the surface graphite layer 6 can be removed as in the first embodiment. Further, unlike the first embodiment, no polishing slurry is required, so that the SiC substrate 22 is not contaminated by the polishing slurry, and cleaning is facilitated.

なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第１乃至第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、図２（ａ）に示した工程で、コンタクトの低抵抗化を達成するため、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１をドライ酸化してできた熱酸化膜を緩衝フッ酸溶液で除去しているが、特にこれに限定されるものでなく、低抵抗コンタクトを求めないのであれば、省略することもできる。 The embodiment described above is an example of the implementation of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto, and other various embodiments are within the scope described in the claims. It is applicable to. For example, in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first to second embodiments, the n-type 4H—SiC substrate 1 is formed in order to achieve low contact resistance in the step shown in FIG. The thermal oxide film formed by dry oxidation is removed with a buffered hydrofluoric acid solution. However, the present invention is not particularly limited to this, and can be omitted if a low resistance contact is not required.

また、第１乃至第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、コンタクト母材膜２の材料としてＮｉ元素を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、ＲＴＡ処理でシリサイドを生成し、炭素系副産物を生成する導電性の材料であれば、他の元素、例えば、Ｃｏ元素でも良い。 Further, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first to second embodiments, Ni element is used as the material of the contact base material film 2, but the material is not limited to this, and the RTA treatment is used. Other elements such as Co element may be used as long as they are conductive materials that generate silicide and generate carbon-based byproducts.

また、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、図２（ｄ）に示した、グラファイト粒４の一部、Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）および表面グラファイト層６の研磨除去する工程で、図５に示したＣＭＰ研磨装置を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、砥石を用いた研削装置を用いても同様の効果を得ることができる。しかし、第１の実施形態のようにＣＭＰ研磨装置を用いた場合、水を用いたポリッシングと比較して、グラファイト粒４の一部、Ｎｉシリサイド層５（図示しないグラファイト粒も含む。）および表面グラファイト層６を選択的に、かつ早く研磨することができる。 In the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, a part of the graphite grains 4, the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) and the surface graphite shown in FIG. Although the CMP polishing apparatus shown in FIG. 5 is used in the step of removing the layer 6 by polishing, the present invention is not particularly limited to this, and a similar effect can be obtained by using a grinding apparatus using a grindstone. it can. However, when the CMP polishing apparatus is used as in the first embodiment, a part of the graphite grains 4, the Ni silicide layer 5 (including graphite grains not shown) and the surface are compared with the polishing using water. The graphite layer 6 can be polished selectively and quickly.

また、第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、図２（ｄ）に示した研磨除去工程の後、図２（ｅ）に示したプラズマエッチングによる除去工程を実施しているが、特にこれに限定されるものでなく、グラファイト粒４がＮｉ拡散層３にめり込んでいなければ、図２（ｅ）に示した除去工程を実施しなくとも良い。同様に、第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、図６に示した切削除去工程の後、図２（ｅ）に示したプラズマエッチングによる除去工程を実施しているが、グラファイト粒４がＮｉ拡散層３にめり込んでいなければ、実施しなくても良い。この場合、ＳｉＣ基板表面１Ａと同一面上で、かつ、拡散層３と接合する上部導体膜８を備える炭化珪素半導体装置が製造できる。 Further, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, the removal step by plasma etching shown in FIG. 2E is performed after the polishing removal step shown in FIG. However, the present invention is not particularly limited to this, and if the graphite grains 4 are not embedded in the Ni diffusion layer 3, the removal step shown in FIG. Similarly, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment, after the cutting removal process shown in FIG. 6, the removal process by plasma etching shown in FIG. If the graphite grains 4 are not embedded in the Ni diffusion layer 3, it may not be performed. In this case, a silicon carbide semiconductor device including upper conductor film 8 on the same plane as SiC substrate surface 1A and bonded to diffusion layer 3 can be manufactured.

また、第１乃至第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、図２（ｅ）に示したプラズマエッチングによる除去工程を、酸素ガスを用いて行っているが、特にこれに限定されるものでなく、水素ガスまたは水素ガスと酸素ガスの混合ガスでも良い。 Further, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first or second embodiment, the removal step by plasma etching shown in FIG. 2E is performed using oxygen gas, but the present invention is particularly limited to this. However, hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and oxygen gas may be used.

また、第１乃至第２の実施形態では、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板１に形成したＮｉ拡散層３に上部導体膜８を形成する場合について説示したが、特にこれに限定されるものでなく、他の遷移金属炭化物（例えば、ＴｉＣ等）へ金属膜を形成する場合にも利用できる。 In the first and second embodiments, the case where the upper conductor film 8 is formed on the Ni diffusion layer 3 formed on the n-type 4H—SiC substrate 1 has been described. However, the present invention is not particularly limited thereto. It can also be used when a metal film is formed on other transition metal carbides (eg, TiC).

また、第１乃至第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では説示していないが、ＳｉＣ基板表面１Ａ上の一部にコンタクト母材膜２を形成する前に、図２（ｄ）または図６に示した除去工程でできるＮｉ拡散層３の平坦度と同程度の平坦化処理を、ＳｉＣ基板表面１Ａ全体に実施しても良い。最初から荒れた面にＮｉシリサイド層５を形成した場合、Ｎｉシリサイド層５を除去する際に、荒れた面の上部のＮｉシリサイド層５は除去されるが、荒れた面の下部のＮｉシリサイド層５は除去されない。しかし、このようにすれば、図２（ｄ）または図６に示した除去工程でできるＮｉ拡散層３の平坦度と同程度の平坦度をＳｉＣ基板表面１Ａが有することになる。よって、Ｎｉシリサイド層５の平坦度も、Ｎｉ拡散層３の平坦度と同程度となり、Ｎｉシリサイド層５を適切に精度良く除去することができる。 Although not explained in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first or second embodiment, before forming the contact base material film 2 on a part of the SiC substrate surface 1A, FIG. ) Or a flattening process similar to the flatness of the Ni diffusion layer 3 performed in the removing step shown in FIG. 6 may be performed on the entire SiC substrate surface 1A. When the Ni silicide layer 5 is formed on the rough surface from the beginning, when removing the Ni silicide layer 5, the Ni silicide layer 5 above the rough surface is removed, but the Ni silicide layer below the rough surface is removed. 5 is not removed. However, if this is done, the SiC substrate surface 1A has a flatness comparable to that of the Ni diffusion layer 3 formed by the removal step shown in FIG. 2D or FIG. Therefore, the flatness of the Ni silicide layer 5 is almost the same as the flatness of the Ni diffusion layer 3, and the Ni silicide layer 5 can be removed appropriately and accurately.

本発明の第１の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the silicon carbide semiconductor device manufactured using the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention 図１に示す炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面工程図Sectional process drawing explaining the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 図２（ｃ）に示すグラファイト粒および表面グラファイト層の生成過程を示す図The figure which shows the production | generation process of the graphite grain and surface graphite layer which are shown in FIG.2 (c) 図２（ｃ）に示す状態の深さ方向の元素分析結果Elemental analysis results in the depth direction in the state shown in FIG. 図２に示す炭化珪素半導体装置の製造方法に使用される研磨装置の斜視図FIG. 2 is a perspective view of a polishing apparatus used in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 本発明の第２の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面工程図Sectional process drawing explaining the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention

Explanation of symbols

１ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板、１ＡＳｉＣ基板表面、２コンタクト母材膜、
３Ｎｉ拡散層、３ＡＮｉ拡散層表面、３ＢＣ濃度増加部、
４グラファイト粒、５Ｎｉシリサイド層、６表面グラファイト層、
８上部導体膜、１１コンタクト母材膜へ拡散したＳｉ元素、
１２Ｎｉシリサイド層へ拡散したＣ元素、
２１基板ホルダ、２２ＳｉＣ基板、２３研磨ポリッシャ、
２４定盤、２５駆動モータ、３０ダイヤモンド切削工具 1 n-type 4H-SiC substrate, 1A SiC substrate surface, 2 contact matrix film,
3 Ni diffusion layer, 3A Ni diffusion layer surface, 3BC concentration increasing part,
4 graphite grains, 5 Ni silicide layer, 6 surface graphite layer,
8 upper conductor film, 11 contact Si element diffused into base material film,
12 C element diffused into the Ni silicide layer,
21 substrate holder, 22 SiC substrate, 23 polishing polisher,
24 surface plate, 25 drive motor, 30 diamond cutting tool

Claims

Forming a contact matrix film on the surface of the silicon carbide substrate;
A diffusion layer in which a material of the contact base material film diffuses into the silicon carbide substrate by reacting the contact base material film with the silicon carbide substrate; a contact base material film silicified with silicon of the silicon carbide substrate; and carbon Producing a system by-product;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: removing the carbon-based by-product and the silicified contact base material film up to the surface of the silicon carbide substrate.

The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming a conductor film after the step of removing the carbon-based byproduct and the silicified contact base material film.

The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the contact base material film is 250 nm or less.

Prior to the step of forming the contact matrix film, a planarization treatment similar to the flatness of the diffusion layer formed in the process of removing the carbon-based byproduct and the silicided contact matrix film is performed on the silicon carbide substrate. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed on the surface of the silicon carbide semiconductor device.

5. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a CMP polishing apparatus is used in the step of removing the carbon-based by-product and the silicified contact base material film.

The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a cutting device is used in the step of removing the carbon-based byproduct and the silicified contact base material film.

7. The method according to claim 1, further comprising a step of removing the carbon-based byproduct on a surface of the diffusion layer after the step of removing the carbon-based byproduct and the silicified contact base material film. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 7, wherein oxygen gas or a mixed gas of the oxygen gas and hydrogen gas is introduced during the step of removing the carbon-based byproduct on the surface of the diffusion layer. .

The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 8, further comprising an oxide film removing step using an etching solution after the step of removing the carbon-based byproduct on the surface of the diffusion layer.

The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 7, wherein hydrogen gas is introduced during the step of removing the carbon-based byproduct on the surface of the diffusion layer.

7. A method for producing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a conductor film on the same plane as the surface of the silicon carbide group and bonded to the diffusion layer. Silicon carbide semiconductor device.

A recess formed on the surface of the diffusion layer by removing the carbon-based by-product on the surface of the diffusion layer;
11. A silicon carbide semiconductor device manufactured by the method according to claim 7, further comprising: a conductor film bonded onto the surface of the diffusion layer so as to fill the recess. Silicon carbide semiconductor device.