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JP2015198131A - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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JP2015198131A
JP2015198131A JP2014074486A JP2014074486A JP2015198131A JP 2015198131 A JP2015198131 A JP 2015198131A JP 2014074486 A JP2014074486 A JP 2014074486A JP 2014074486 A JP2014074486 A JP 2014074486A JP 2015198131 A JP2015198131 A JP 2015198131A
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伸一 仲俣
文一 今井
Fumikazu Imai
文一 今井
中嶋 経宏
Tsunehiro Nakajima
経宏 中嶋
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Abstract

【課題】良好なオーミック特性を示し、かつ剥離が生じないオーミック電極を形成することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】まず、n+型炭化珪素基板1の(000−1)面に、n-型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる。次に、n-型ドリフト層2の内部に所定の素子構造を形成する。次に、n+型炭化珪素基板1の(0001)面にニッケル層を形成する。次に、熱処理によってニッケル層をn+型炭化珪素基板1と反応させてシリサイド化することにより、n+型炭化珪素基板1とニッケル層との界面にオーミック電極7を形成する。オーミック電極7の厚さは100nm以上である。オーミック電極7を形成するための熱処理において、オーミック電極7の内部に拡散された炭素原子の、当該オーミック電極7の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を51atm%以上60atm%未満にする。
【選択図】図4
To provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of forming an ohmic electrode that exhibits good ohmic characteristics and does not cause peeling.
First, an n type drift layer 2 is epitaxially grown on a (000-1) plane of an n + type silicon carbide substrate 1. Next, a predetermined element structure is formed inside the n type drift layer 2. Next, a nickel layer is formed on the (0001) plane of n + type silicon carbide substrate 1. Next, the ohmic electrode 7 is formed at the interface between the n + type silicon carbide substrate 1 and the nickel layer by reacting the nickel layer with the n + type silicon carbide substrate 1 by silicidation by heat treatment. The thickness of the ohmic electrode 7 is 100 nm or more. In the heat treatment for forming the ohmic electrode 7, the peak value of the atomic concentration distribution in the thickness direction of the ohmic electrode 7 of carbon atoms diffused inside the ohmic electrode 7 is set to 51 atm% or more and less than 60 atm%.
[Selection] Figure 4

Description

この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

従来、高周波、大電力の制御を目的として、シリコン(Si)からなる半導体基板を用いたパワーデバイス(以下、シリコン半導体装置とする)の高性能化が進められてきた。しかし、シリコン半導体装置は、高温下で使用することができないことなどから、さらに高温下で使用可能な高性能のパワーデバイスの要求に対して新しい半導体材料の適用が検討されている。   Conventionally, for the purpose of controlling high frequency and high power, the performance of power devices (hereinafter referred to as silicon semiconductor devices) using a semiconductor substrate made of silicon (Si) has been improved. However, since a silicon semiconductor device cannot be used at a high temperature, application of a new semiconductor material is being studied for the demand for a high-performance power device that can be used at a higher temperature.

炭化珪素(SiC)は、シリコンの約3倍という広い禁制帯幅をもつことから高温での電気伝導度の制御性に優れている。また、炭化珪素は、シリコンより約一桁大きい絶縁破壊電圧をもつことから高耐圧デバイス用の基板材料として適用可能である。さらに、炭化珪素は、シリコンの約2倍の電子飽和ドリフト速度をもつことから、高周波かつ大電力の制御を目的としたデバイスに適用可能である。   Silicon carbide (SiC) is excellent in controllability of electrical conductivity at high temperatures because it has a wide forbidden band that is about three times that of silicon. Silicon carbide is applicable as a substrate material for high breakdown voltage devices because it has a breakdown voltage that is about an order of magnitude higher than that of silicon. Furthermore, since silicon carbide has an electron saturation drift velocity that is about twice that of silicon, it can be applied to devices intended for high-frequency and high-power control.

このような炭化珪素からなる半導体基板(以下、炭化珪素基板とする)を用いたパワーデバイス(以下、炭化珪素半導体装置とする)の裏面電極を形成する技術に関し、炭化珪素基板の表面にニッケル膜を形成した後、高温熱処理により炭化珪素基板とニッケル膜とが反応してなるニッケルシリサイド層を形成することで、炭化珪素基板とニッケル層と電気的接触部(コンタクト)においてオーミック特性を得る方法が知られている。   The present invention relates to a technology for forming a back electrode of a power device (hereinafter referred to as a silicon carbide semiconductor device) using a semiconductor substrate made of silicon carbide (hereinafter referred to as a silicon carbide substrate). And forming a nickel silicide layer formed by a reaction between the silicon carbide substrate and the nickel film by high-temperature heat treatment to obtain ohmic characteristics at the electrical contact portion (contact) between the silicon carbide substrate and the nickel layer. Are known.

しかしながら、この方法によりオーミックコンタクトとなるニッケルシリサイド層(以下、オーミック電極とする)を形成する場合、ニッケルシリサイドの生成によりオーミック電極の表面に炭化珪素基板から遊離した余剰の炭素原子(以下、遊離炭素とする)を含む副生成物が偏析する。この遊離炭素を含む副生成物によって、オーミック電極上に形成される配線金属層との密着性が低下し、配線金属層が剥離しやすくなるという問題がある。   However, when a nickel silicide layer (hereinafter referred to as an ohmic electrode) is formed as an ohmic contact by this method, surplus carbon atoms (hereinafter referred to as free carbon) released from the silicon carbide substrate on the surface of the ohmic electrode due to the formation of nickel silicide. And by-products containing) are segregated. Due to the by-product containing free carbon, there is a problem that the adhesion with the wiring metal layer formed on the ohmic electrode is lowered, and the wiring metal layer is easily peeled off.

この問題を解決する方法として、炭化珪素基板の表面に第1の金属膜として形成したニッケル膜上に、チタン、タンタルまたはタングステンなどの炭化物を生成する金属からなる第2の金属膜を形成し、熱処理を行う方法が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。下記特許文献1では、ニッケルシリサイドの生成により発生した遊離炭素と第2の金属膜とが反応して炭化物が生成される。このため、遊離炭素を含む副生成物がオーミック電極の表面に偏析することを防止することができ、オーミック電極から配線金属層が剥離することを防止することができる。   As a method of solving this problem, a second metal film made of a metal that generates carbide such as titanium, tantalum, or tungsten is formed on a nickel film formed as a first metal film on the surface of a silicon carbide substrate. A method of performing heat treatment has been proposed (see, for example, Patent Document 1 below). In Patent Document 1 below, free carbon generated by the formation of nickel silicide reacts with the second metal film to generate carbide. For this reason, it can prevent that the by-product containing free carbon segregates on the surface of an ohmic electrode, and can prevent that a wiring metal layer peels from an ohmic electrode.

しかしながら、下記特許文献1では、配線金属層の剥離防止の効果を安定して得ることができない。この問題を解決する方法として、炭化珪素基板の表面に第1の金属膜として形成したニッケル膜上に、チタン、タンタルまたはタングステンなどの炭化物を生成する金属からなる第2の金属膜を形成し、熱処理により炭化珪素基板とニッケル膜とが反応してなるオーミック電極を形成した後、オーミック電極の表面を酸素(O2)プラズマまたはアルゴン(Ar)プラズマにさらして清浄化するための熱処理を行う方法が提案されている(例えば、下記特許文献2参照。)。 However, in the following Patent Document 1, the effect of preventing the peeling of the wiring metal layer cannot be stably obtained. As a method of solving this problem, a second metal film made of a metal that generates carbide such as titanium, tantalum, or tungsten is formed on a nickel film formed as a first metal film on the surface of a silicon carbide substrate. A method of performing a heat treatment for cleaning the surface of the ohmic electrode by exposing it to oxygen (O 2 ) plasma or argon (Ar) plasma after forming an ohmic electrode formed by a reaction between the silicon carbide substrate and the nickel film by heat treatment Has been proposed (see, for example, Patent Document 2 below).

特開2006−344688号公報JP 2006-344688 A 特開2012−248729号公報JP 2012-248729 A

しかしながら、ニッケルシリサイドの生成により発生した遊離炭素を含む副生成物は、オーミック電極の表面のみならず、オーミック電極の内部にも偏析することがある。このオーミック電極の内部に偏析した遊離炭素を含む副生成物は、オーミック電極の膜質の脆化や、オーミック電極の部分的な剥離の原因となる。発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上記特許文献1,2の技術では、オーミック電極の内部に遊離炭素を含む副生成物が偏析し、この副生成物が偏析した箇所を起点に突発的にオーミック電極が割れてしまい、オーミック電極およびオーミック電極上に形成される配線金属層が剥離する虞があることが判明した。   However, by-products containing free carbon generated by the formation of nickel silicide may be segregated not only on the surface of the ohmic electrode but also inside the ohmic electrode. The by-product containing free carbon segregated inside the ohmic electrode causes embrittlement of the film quality of the ohmic electrode and partial peeling of the ohmic electrode. As a result of repeated researches by the inventors, in the techniques of Patent Documents 1 and 2, the by-product containing free carbon segregates inside the ohmic electrode, and suddenly starts from the location where this by-product segregates. It has been found that the ohmic electrode is cracked and the ohmic electrode and the wiring metal layer formed on the ohmic electrode may be peeled off.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、良好なオーミック特性を示し、かつ剥離が生じないオーミック電極を形成することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of forming an ohmic electrode that exhibits good ohmic characteristics and does not cause peeling in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. To do.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、炭化珪素からなる半導体基板の表面にニッケルからなる金属層を形成する金属層形成工程を行う。次に、熱処理により前記金属層と前記半導体基板とを反応させて、前記金属層と前記半導体基板との界面に、オーミック特性を示す電極を形成する熱処理工程を行う。このとき、前記電極の厚さは100nm以上である。前記熱処理工程では、前記電極を形成する際に前記半導体基板から前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を51atm%以上60atm%未満にする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following characteristics. First, a metal layer forming step of forming a metal layer made of nickel on the surface of a semiconductor substrate made of silicon carbide is performed. Next, a heat treatment step is performed in which the metal layer and the semiconductor substrate are reacted by heat treatment to form an electrode exhibiting ohmic characteristics at the interface between the metal layer and the semiconductor substrate. At this time, the thickness of the electrode is 100 nm or more. In the heat treatment step, the peak value of the atomic concentration distribution in the thickness direction of the electrode of carbon atoms diffused from the semiconductor substrate into the electrode when forming the electrode is set to 51 atm% or more and less than 60 atm%. .

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記熱処理工程では、前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を55atm%以上58atm%未満にすることを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the heat treatment step, a peak value of an atomic concentration distribution in the thickness direction of the electrode of carbon atoms diffused inside the electrode. Is 55 atm% or more and less than 58 atm%.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記金属層形成工程では、前記半導体基板の(0001)面に前記金属層を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the metal layer is formed on a (0001) plane of the semiconductor substrate in the metal layer forming step.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、さらに次の特徴を有する。前記金属層形成工程は、まず、前記半導体基板の表面に、ニッケルからなる第1金属層を形成する工程を行う。次に、前記第1金属層の表面に、モリブデン、タンタル、チタンおよびクロムのいずれか一つ以上の金属からなる第2金属層を形成することにより、前記第1金属層および前記第2金属層が順に堆積されてなる前記金属層を形成する。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention further has the following features in the above-described invention. In the metal layer forming step, first, a step of forming a first metal layer made of nickel on the surface of the semiconductor substrate is performed. Next, the first metal layer and the second metal layer are formed by forming a second metal layer made of one or more of molybdenum, tantalum, titanium, and chromium on the surface of the first metal layer. Are formed in order to form the metal layer.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極を形成することができるとともに、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素が増加することを防止し、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素を含む副生成物が生成または偏析することを抑制することができる。このため、良好なオーミック特性を示し、かつ剥離が生じないオーミック電極を形成することができるという効果を奏する。   According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, it is possible to form a good ohmic electrode having a low contact resistance, and to prevent the free carbon from increasing on the surface and inside of the ohmic electrode. Generation or segregation of by-products containing free carbon on the surface and inside of the substrate can be suppressed. For this reason, there exists an effect that the ohmic electrode which shows a favorable ohmic characteristic and does not produce peeling can be formed.

実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置の順方向電圧とオーミック電極の厚さとの関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a forward voltage and a thickness of an ohmic electrode of a silicon carbide semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。   Exemplary embodiments of a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted. Also, in this specification, in the Miller index notation, “−” means a bar attached to the index immediately after that, and “−” is added before the index to indicate a negative index.

(実施の形態1)
実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、ショットキーバリアダイオード(Schottky Barrier Diode:SBD)を作製(製造)する場合を例に説明する。図1〜6は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図1〜6には、1枚の炭化珪素ウエハ上に作りこまれる複数の半導体チップのうちの1個の有効チップとなる領域の製造途中の状態を示す。まず、図1に示すように、例えば炭化珪素の四層周期六方晶(4H−SiC)からなるn+型炭化珪素基板(炭化珪素ウエハ)1のおもて面に、n-型ドリフト層2となる炭化珪素エピタキシャル層を堆積する。
(Embodiment 1)
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described by taking as an example the case of manufacturing (manufacturing) a Schottky Barrier Diode (SBD). FIGS. 1-6 is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIGS. FIGS. 1-6 shows the state in the middle of manufacture of the area | region used as one effective chip among the several semiconductor chips built on one silicon carbide wafer. First, as shown in FIG. 1, an n type drift layer 2 is formed on the front surface of an n + type silicon carbide substrate (silicon carbide wafer) 1 made of, for example, silicon carbide four-layer periodic hexagonal crystal (4H—SiC). A silicon carbide epitaxial layer is deposited.

+型炭化珪素基板1のおもて面は、例えばn+型炭化珪素基板1の(000−1)面(いわゆるC面)であってもよい。n+型炭化珪素基板1の(000−1)面では、他の面方位をもつ結晶面と比べて炭素原子が析出しやすい。このため、実施の形態1においては、例えば後述するオーミック電極を形成しない基板おもて面を(000−1)面としている。n+型炭化珪素基板1は、例えば1.0×1018/cm3の不純物濃度で窒素(N)がドーピングされてなる。n+型炭化珪素基板1の厚さは、例えば350μmであってもよい。n-型ドリフト層2は、例えば1.8×1016/cm3の不純物濃度で窒素がドーピングされてなる。n-型ドリフト層2の厚さは、例えば6μmであってもよい。 the front surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 may be, for example, n + -type silicon carbide substrate 1 (000-1) plane (the so-called C plane). The n + -type (000) plane of silicon carbide substrate 1, the carbon atom tends to precipitate as compared with the crystal plane having other plane orientations. For this reason, in Embodiment 1, for example, the front surface of the substrate on which an ohmic electrode to be described later is not formed is the (000-1) surface. The n + type silicon carbide substrate 1 is doped with nitrogen (N) at an impurity concentration of 1.0 × 10 18 / cm 3 , for example. The thickness of n + type silicon carbide substrate 1 may be 350 μm, for example. The n type drift layer 2 is doped with nitrogen at an impurity concentration of, for example, 1.8 × 10 16 / cm 3 . The thickness of the n type drift layer 2 may be 6 μm, for example.

次に、図2に示すように、例えばリン(P)などのn型不純物のイオン注入により、n-型ドリフト層2の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面層に、チャネルストッパー用のn型領域3を選択的に形成する。n型領域3は、活性領域の周囲を囲む終端構造部に、活性領域を囲むように配置される。次に、図3に示すように、例えばアルミニウム(Al)などのp型不純物のイオン注入により、終端構造部において、n-型ドリフト層2の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面層に、終端構造用のp型領域4およびFLR(Field Limiting Ring:フィールドリミッティングリング)構造用のフローティング電位の1つ以上のp型領域5をそれぞれ選択的に形成する。 Next, as shown in FIG. 2, the surface layer of the n type drift layer 2 opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side is implanted by ion implantation of an n type impurity such as phosphorus (P). The n-type region 3 for channel stopper is selectively formed. The n-type region 3 is disposed so as to surround the active region at a termination structure portion surrounding the active region. Next, as shown in FIG. 3, the n type drift layer 2 is opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side in the termination structure by ion implantation of a p-type impurity such as aluminum (Al). A p-type region 4 for a termination structure and one or more p-type regions 5 having a floating potential for an FLR (Field Limiting Ring) structure are selectively formed in the surface layer on the side.

活性領域は、オン状態のときに電流が流れる領域である。終端構造部は、n-型ドリフト層2の電界を緩和し耐圧を保持する領域である。p型領域4は、活性領域と終端構造部との境界付近に、活性領域から終端構造部にわたって、かつ活性領域を囲むように配置される。p型領域5は、n型領域3とp型領域4との間に、n型領域3およびp型領域4と離して配置される。p型領域5は、活性領域を囲むように(すなわちp型領域4を囲むように、また、複数のp型領域5が配置される場合にはp型領域4や自身よりも内側に配置されたp型領域5を囲むように)配置される。次に、例えばアルゴン(Ar)ガス雰囲気中において1650℃の温度で240秒間の熱処理により、n型領域3およびp型領域4,5を形成するために注入された不純物を活性化させる。 The active region is a region through which current flows in the on state. The termination structure is a region that relaxes the electric field of the n -type drift layer 2 and maintains a withstand voltage. The p-type region 4 is disposed in the vicinity of the boundary between the active region and the termination structure portion so as to extend from the active region to the termination structure portion and surround the active region. The p-type region 5 is arranged between the n-type region 3 and the p-type region 4 and separated from the n-type region 3 and the p-type region 4. The p-type region 5 is arranged so as to surround the active region (that is, so as to surround the p-type region 4, and inside the p-type region 4 and itself when a plurality of p-type regions 5 are arranged. Arranged so as to surround the p-type region 5). Next, the impurities implanted to form the n-type region 3 and the p-type regions 4 and 5 are activated by, for example, a heat treatment for 240 seconds at a temperature of 1650 ° C. in an argon (Ar) gas atmosphere.

次に、図4に示すように、例えば1100℃の温度の熱処理によってn-型ドリフト層2の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面を熱酸化し、フィールド酸化膜6を形成する。次に、n+型炭化珪素基板1およびn-型ドリフト層2からなる炭化珪素エピタキシャル基板(炭化珪素エピタキシャルウエハ)を例えばスパッタリング装置の処理炉(チャンバー)に挿入し、基板温度を250℃に維持する。この状態で、圧力0.2Paのアルゴンガス雰囲気中においてマグネトロンスパッタリングを行うことにより、n+型炭化珪素基板1の(0001)面、すなわちn+型炭化珪素基板1の裏面に、例えば100nm程度の厚さの例えばニッケル(Ni)層を堆積する。 Next, as shown in FIG. 4, for example, the surface of n type drift layer 2 opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side is thermally oxidized by a heat treatment at a temperature of 1100 ° C., for example, and field oxide film 6 Form. Next, a silicon carbide epitaxial substrate (silicon carbide epitaxial wafer) composed of n + type silicon carbide substrate 1 and n type drift layer 2 is inserted into a processing furnace (chamber) of a sputtering apparatus, for example, and the substrate temperature is maintained at 250 ° C. To do. In this state, by performing magnetron sputtering in an argon gas atmosphere at a pressure of 0.2 Pa, n + -type silicon carbide substrate 1 (0001) plane, that is, the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 1, for example, 100nm approximately For example, a nickel (Ni) layer of a thickness is deposited.

次に、ニッケル層が堆積された状態の炭化珪素エピタキシャル基板を例えば急速加熱処理(RTA:Rapid Thermal Anneal)装置の反応炉に挿入し、炭化珪素エピタキシャル基板(素子全体)を加熱する。このとき、炭化珪素エピタキシャル基板の加熱温度を、例えば、昇温速度1℃/秒で1100℃に到達するまで昇温した後、その到達温度で2分間保持する。この熱処理により、ニッケル層がn+型炭化珪素基板1と反応してシリサイド化され、n+型炭化珪素基板1とニッケル層との電気的接触部(コンタクト)にオーミック特性を示す低抵抗のニッケルシリサイド層(以下、オーミック電極とする)7が形成される。図4には、ニッケル層全体がニッケルシリサイド層になる場合を示す。オーミック電極7の内部に拡散された炭素原子の、当該オーミック電極7の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値(以下、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度とする)は例えば60atm%未満とする。 Next, the silicon carbide epitaxial substrate on which the nickel layer is deposited is inserted into a reaction furnace of, for example, a rapid thermal annealing (RTA) apparatus, and the silicon carbide epitaxial substrate (entire element) is heated. At this time, for example, the heating temperature of the silicon carbide epitaxial substrate is raised until it reaches 1100 ° C. at a heating rate of 1 ° C./second, and then held at that temperature for 2 minutes. By this heat treatment, the nickel layer reacts with the n + type silicon carbide substrate 1 to be silicided, and low resistance nickel that exhibits ohmic characteristics at the electrical contact portion (contact) between the n + type silicon carbide substrate 1 and the nickel layer. A silicide layer (hereinafter referred to as an ohmic electrode) 7 is formed. FIG. 4 shows a case where the entire nickel layer becomes a nickel silicide layer. The peak value of the atomic concentration distribution of the carbon atoms diffused inside the ohmic electrode 7 in the thickness direction of the ohmic electrode 7 (hereinafter referred to as the peak atomic concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7) is, for example, less than 60 atm%. And

次に、オーミック電極7が形成された状態の炭化珪素エピタキシャル基板を例えばスパッタリング装置の処理炉に挿入する。そして、炭化珪素エピタキシャル基板に200Wの高周波(RF:Radio Frequency)電力を印加して、圧力0.3Paの酸素(O2)ガス雰囲気中またはアルゴンガス雰囲気中において逆スパッタリング(清浄処理)を行う。これにより、オーミック電極7の表面が酸素プラズマまたはアルゴンプラズマにさらされて清浄化される。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりフィールド酸化膜6を選択的に除去し、n-型ドリフト層2の、活性領域に対応する部分を露出させる。次に、例えば蒸着法により、フィールド酸化膜6の開口部に露出するn-型ドリフト層2の表面に例えばチタン(Ti)層を堆積する。 Next, the silicon carbide epitaxial substrate in which the ohmic electrode 7 is formed is inserted into, for example, a processing furnace of a sputtering apparatus. Then, 200 W of high frequency (RF: Radio Frequency) power is applied to the silicon carbide epitaxial substrate, and reverse sputtering (cleaning treatment) is performed in an oxygen (O 2 ) gas atmosphere or an argon gas atmosphere at a pressure of 0.3 Pa. As a result, the surface of the ohmic electrode 7 is cleaned by being exposed to oxygen plasma or argon plasma. Next, the field oxide film 6 is selectively removed by photolithography and etching to expose a portion of the n type drift layer 2 corresponding to the active region. Next, for example, a titanium (Ti) layer is deposited on the surface of the n -type drift layer 2 exposed at the opening of the field oxide film 6 by, for example, vapor deposition.

次に、チタン層が堆積された状態の炭化珪素エピタキシャル基板を例えばRTA装置の反応炉に挿入し、炭化珪素エピタキシャル基板(素子全体)を加熱する。このとき、炭化珪素エピタキシャル基板の加熱温度を、例えば、8℃/秒の昇温速度で500℃に到達するまで昇温した後、その到達温度で5分間保持する。この熱処理により、n-型ドリフト層2の表面にチタン層からなるショットキー電極8が形成される。ショットキー電極8は、ショットキーバリアダイオードを高耐圧素子として動作させるために、n-型ドリフト層2の表面上からp型領域4の表面上にまで延在するように配置する。すなわち、ショットキー電極8の端部は、p型領域4の表面上に位置する。 Next, the silicon carbide epitaxial substrate on which the titanium layer is deposited is inserted into, for example, a reactor of an RTA apparatus, and the silicon carbide epitaxial substrate (entire element) is heated. At this time, the heating temperature of the silicon carbide epitaxial substrate is raised to, for example, 500 ° C. at a heating rate of 8 ° C./second, and then held for 5 minutes. By this heat treatment, Schottky electrode 8 made of a titanium layer is formed on the surface of n type drift layer 2. Schottky electrode 8 is arranged so as to extend from the surface of n type drift layer 2 to the surface of p type region 4 in order to operate the Schottky barrier diode as a high breakdown voltage element. That is, the end of Schottky electrode 8 is located on the surface of p-type region 4.

次に、図5に示すように、ショットキー電極8に接するように、例えばアルミニウム−シリコン(Al−Si)からなるボンディング用の電極パッド9を5μmの厚さで形成する。次に、フィールド酸化膜6の表面上から電極パッド9の端部上にわたって、例えばポリイミドからなるパッシベーション膜10を形成する。次に、図6に示すように、オーミック電極7の表面に、外部装置との接続用の配線金属層11を形成する。配線金属層11は、例えば70nmの厚さのチタン層、400nmの厚さのニッケル層および200nmの厚さの金(Au)層を順に堆積してなる。その後、炭化珪素エピタキシャル基板(炭化珪素エピタキシャルウエハ)に作りこまれた半導体チップを個々のチップ状に切断(ダイシング)することにより、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 5, a bonding electrode pad 9 made of, for example, aluminum-silicon (Al—Si) is formed to a thickness of 5 μm so as to contact the Schottky electrode 8. Next, a passivation film 10 made of, for example, polyimide is formed from the surface of the field oxide film 6 to the end of the electrode pad 9. Next, as shown in FIG. 6, a wiring metal layer 11 for connection to an external device is formed on the surface of the ohmic electrode 7. The wiring metal layer 11 is formed, for example, by sequentially depositing a titanium layer having a thickness of 70 nm, a nickel layer having a thickness of 400 nm, and a gold (Au) layer having a thickness of 200 nm. Thereafter, the semiconductor chip according to the first embodiment is completed by cutting (dicing) the semiconductor chips formed on the silicon carbide epitaxial substrate (silicon carbide epitaxial wafer) into individual chips.

次に、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度を抑える方法について説明する。オーミック電極7の材質や厚さ、およびオーミック電極7を形成するための熱処理条件のバランスをとることにより、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度を60atm%未満に抑制可能であることが、本発明らによって確認されている。オーミック電極7を形成するための熱処理条件およびオーミック電極7の材質や厚さは、それぞれ相互に影響する。このため、例えばオーミック電極7の厚さのみを限定したとしても配線金属層11の剥離を十分に抑制することはできず、その他に熱処理条件を調整してオーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度の範囲を制御することが重要である。   Next, a method for suppressing the peak atom concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 will be described. By balancing the material and thickness of the ohmic electrode 7 and the heat treatment conditions for forming the ohmic electrode 7, the peak atom concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 can be suppressed to less than 60 atm%. This has been confirmed by the present inventors. The heat treatment conditions for forming the ohmic electrode 7 and the material and thickness of the ohmic electrode 7 influence each other. For this reason, for example, even if only the thickness of the ohmic electrode 7 is limited, the peeling of the wiring metal layer 11 cannot be sufficiently suppressed. In addition, the peak atoms of carbon atoms in the ohmic electrode 7 are adjusted by adjusting the heat treatment conditions. It is important to control the concentration range.

また、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度を抑える別の方法として、例えばオーミック電極7を形成するための熱処理温度を上げて、かつ熱処理時間を長くすることで、炭化珪素エピタキシャル基板から遊離した余剰の炭素原子(遊離炭素)を拡散しやすくする方法があるが、この場合、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度が低くなり過ぎる虞がある。オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度が低くなるということは、オーミック電極7の外部に拡散する遊離炭素が増大するということであり、オーミック電極7の表面に析出する遊離炭素が大幅に増大することになる。例えば、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度が51atm%未満である場合、酸素プラズマまたはアルゴンプラズマにさらしてオーミック電極7の表面の清浄化を行ったとしても、オーミック電極7および配線金属層11の剥離を助長する結果となることが発明者らによって確認されている。したがって、オーミック電極7の材質や厚さ、およびオーミック電極7を形成するための熱処理条件のバランスをとることにより、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度を51atm%以上60atm%未満の範囲内に制御するのがよい。好ましくは、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度を55atm%以上58atm%未満の範囲内に制御するのがよい。   Further, as another method for suppressing the peak atom concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7, for example, by increasing the heat treatment temperature for forming the ohmic electrode 7 and lengthening the heat treatment time, it is released from the silicon carbide epitaxial substrate. There is a method for easily diffusing the surplus carbon atoms (free carbon), but in this case, the peak atom concentration of the carbon atoms in the ohmic electrode 7 may be too low. Lowering the peak atomic concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 means that free carbon diffusing to the outside of the ohmic electrode 7 is increased, and free carbon deposited on the surface of the ohmic electrode 7 is greatly increased. Will do. For example, when the peak atomic concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 is less than 51 atm%, even if the surface of the ohmic electrode 7 is cleaned by exposure to oxygen plasma or argon plasma, the ohmic electrode 7 and the wiring metal layer It has been confirmed by the inventors that this results in facilitating the peeling of 11. Therefore, by balancing the material and thickness of the ohmic electrode 7 and the heat treatment conditions for forming the ohmic electrode 7, the peak atomic concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 is within a range of 51 atm% or more and less than 60 atm%. It is better to control. Preferably, the peak atom concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 is controlled within the range of 55 atm% or more and less than 58 atm%.

また、オーミック電極7の厚さは、100nm以上であるのが好ましい。その理由は、次の通りである。図7は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置の順方向電圧とオーミック電極の厚さとの関係を示す特性図である。オーミック電極7の厚さは、コンタクト抵抗を低くするために、ある一定の厚さ以上とするのがよい。図7に示すように、オーミック電極7の厚さを種々変更して作製されたショットキーバリアダイオードの順方向電圧(オン電圧)Vfを測定した結果、オーミック電極7の厚さが100nm以上である場合に、順方向電圧Vfが小さくなり、良好なコンタクト抵抗値となることが確認された。図7において、オーミック電極7の厚さが100nmである場合が電圧特性の変化点であり、オーミック電極7の厚さが100nm以上である場合に電圧特性が良好であることを示している。   The thickness of the ohmic electrode 7 is preferably 100 nm or more. The reason is as follows. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the forward voltage and the ohmic electrode thickness of the silicon carbide semiconductor device manufactured by the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. The thickness of the ohmic electrode 7 is preferably not less than a certain thickness in order to reduce the contact resistance. As shown in FIG. 7, as a result of measuring the forward voltage (ON voltage) Vf of the Schottky barrier diode manufactured by variously changing the thickness of the ohmic electrode 7, the thickness of the ohmic electrode 7 is 100 nm or more. In this case, it was confirmed that the forward voltage Vf becomes small and a good contact resistance value is obtained. In FIG. 7, the voltage characteristic changes when the ohmic electrode 7 has a thickness of 100 nm, and the voltage characteristics are good when the ohmic electrode 7 has a thickness of 100 nm or more.

また、オーミック電極7の厚さが厚すぎる場合、オーミック電極7の内部に局所的に遊離炭素が偏在してオーミック電極7の剥離を引き起こしてしまう。具体的には、オーミック電極7の厚さを、コンタクト抵抗が変化しない300nmとした場合、オーミック電極7の内部の所定箇所を起点にオーミック電極7の一部および配線金属層11の剥離が生じやすい傾向にあることが発明者らによって確認されている。したがって、好ましくは、製造ばらつきによる剥離発生を防ぐことも考慮して、オーミック電極7の厚さは、コンタクト抵抗が低く、良好なオーミック特性を示し、かつオーミック電極7および配線金属層11の剥離を生じにくくすることができる105nm以上280nm以下であるのがよい。また、より好ましくは、オーミック電極7の厚さは、より安定して上記効果を得られる110nm以上150nm以下とするのがよい。   Moreover, when the thickness of the ohmic electrode 7 is too thick, free carbon is locally unevenly distributed inside the ohmic electrode 7 and the ohmic electrode 7 is peeled off. Specifically, when the thickness of the ohmic electrode 7 is 300 nm at which the contact resistance does not change, a part of the ohmic electrode 7 and the wiring metal layer 11 are likely to be peeled off from a predetermined position inside the ohmic electrode 7. It has been confirmed by the inventors that there is a tendency. Therefore, preferably, the thickness of the ohmic electrode 7 is low in contact resistance, exhibits good ohmic characteristics, and prevents the ohmic electrode 7 and the wiring metal layer 11 from peeling in consideration of preventing the occurrence of peeling due to manufacturing variations. It is good that it is 105 nm or more and 280 nm or less, which can be hardly generated. More preferably, the thickness of the ohmic electrode 7 is 110 nm or more and 150 nm or less so that the above effect can be obtained more stably.

(実施例)
上述した実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法にしたがい、例示した上記諸条件で炭化珪素ウエハ(炭化珪素エピタキシャルウエハ)の各有効チップ領域にそれぞれショットキーバリアダイオードを作製した(以下、実施例とする)。そして、オージェ電子分光(AES:Auger Electron Spectroscopy)法による深さ方向のプロファイル分析により、実施例においてオーミック電極7内の3箇所における炭素原子のピーク原子濃度をそれぞれ測定した。その結果、実施例において、オーミック電極7内の3箇所における炭素原子のピーク原子濃度はそれぞれ56.8atm%、57.3atm%および57.1atm%であり、その平均は57.1atm%であることが確認された。
(Example)
In accordance with the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment described above, a Schottky barrier diode was produced in each effective chip region of the silicon carbide wafer (silicon carbide epitaxial wafer) under the above-described various conditions (hereinafter, referred to as the following). Example). And the peak atom concentration of the carbon atom in three places in the ohmic electrode 7 was measured in the Example by the profile analysis of the depth direction by an Auger Electron Spectroscopy (AES: Auger Electron Spectroscopy) method, respectively. As a result, in the examples, the peak atomic concentrations of carbon atoms at three locations in the ohmic electrode 7 are 56.8 atm%, 57.3 atm%, and 57.1 atm%, respectively, and the average is 57.1 atm%. Was confirmed.

(比較例)
また、比較として、炭化珪素ウエハの各有効チップ領域に、それぞれ実施例と異なる熱処理条件でオーミック電極7を形成したショットキーバリアダイオードを作製した(以下、比較例とする)。比較例では、オーミック電極7を形成するために、比較例の加熱温度を、1.5℃/秒の昇温速度で1000℃に到達するまで昇温した後、その到達温度で3分間保持した。比較例の、オーミック電極7を形成するための熱処理条件以外の製造方法は、実施例と同様である。比較例では、実施例と同様の方法により測定したオーミック電極7内の3箇所における炭素原子のピーク原子濃度はそれぞれ61.0atm%、61.7atm%および61.8atm%であり、その平均は61.5atm%であった。
(Comparative example)
For comparison, a Schottky barrier diode in which the ohmic electrode 7 was formed in each effective chip region of the silicon carbide wafer under the heat treatment conditions different from those of the example was prepared (hereinafter referred to as a comparative example). In the comparative example, in order to form the ohmic electrode 7, the heating temperature of the comparative example was raised until reaching 1000 ° C. at a heating rate of 1.5 ° C./second, and then held at that temperature for 3 minutes. . The manufacturing method of the comparative example other than the heat treatment conditions for forming the ohmic electrode 7 is the same as that of the example. In the comparative example, the peak atom concentrations of carbon atoms at three locations in the ohmic electrode 7 measured by the same method as in the examples are 61.0 atm%, 61.7 atm%, and 61.8 atm%, respectively, and the average is 61 0.5 atm%.

(検証1)
上述した実施例および比較例において、それぞれ炭化珪素ウエハに作りこまれた半導体チップを個々のチップ状に切断し、各100個ずつの半導体チップを任意にピックアップした。そして、実施例および比較例ともに、ピックアップした100個の半導体チップのうち、オーミック電極7上の配線金属層11の剥離が生じている半導体チップの個数と、配線金属層11の剥離部分の面積比と、を測定した。配線金属層11の剥離部分の面積比とは、配線金属層11の剥離が生じている半導体チップごとの、配線金属層11の全面積に対する配線金属層11の剥離部分の面積比(=配線金属層11の剥離部分の面積/配線金属層11の全面積)である。
(Verification 1)
In the above-described examples and comparative examples, each semiconductor chip formed on a silicon carbide wafer was cut into individual chips, and each 100 semiconductor chips were arbitrarily picked up. In both the example and the comparative example, out of the 100 semiconductor chips picked up, the ratio of the number of semiconductor chips where the wiring metal layer 11 is peeled off the ohmic electrode 7 and the area ratio of the peeling portion of the wiring metal layer 11 And measured. The area ratio of the peeling portion of the wiring metal layer 11 is the area ratio of the peeling portion of the wiring metal layer 11 to the total area of the wiring metal layer 11 for each semiconductor chip where the peeling of the wiring metal layer 11 occurs (= wiring metal). The area of the peeled portion of the layer 11 / the total area of the wiring metal layer 11).

このように各半導体チップについて配線金属層11の剥離の有無を検証した結果、実施例および比較例ともに、半導体チップのピックアップ時に配線金属層11全面が剥離した半導体チップは存在しなかった。また、実施例および比較例ともに、配線金属層11の剥離が生じている箇所はダイシングライン周辺であった。しかし、比較例では、100個の半導体チップのうち、23個の半導体チップで配線金属層11の剥離が生じていた。これら配線金属層11の剥離が生じていた23個の半導体チップにおいて、各半導体チップの配線金属層11の剥離部分の面積比は、配線金属層11の全面積の2%〜10%の範囲内に分布していた。   Thus, as a result of verifying the presence or absence of peeling of the wiring metal layer 11 for each semiconductor chip, there was no semiconductor chip in which the entire surface of the wiring metal layer 11 was peeled off when the semiconductor chip was picked up in both the examples and the comparative examples. In both the example and the comparative example, the part where the wiring metal layer 11 was peeled was around the dicing line. However, in the comparative example, the wiring metal layer 11 was peeled off by 23 semiconductor chips out of 100 semiconductor chips. In the 23 semiconductor chips in which the wiring metal layer 11 was peeled off, the area ratio of the peeling portions of the wiring metal layer 11 of each semiconductor chip was in the range of 2% to 10% of the total area of the wiring metal layer 11. It was distributed in.

一方、実施例においては、100個の半導体チップのうち、3個の半導体チップで配線金属層11の剥離が生じていたが、これら配線金属層11の剥離が生じていた3個の半導体チップにおいて、各半導体チップの配線金属層11の剥離部分の面積比は、比較例よりも小さく、配線金属層11の全面積の2%の範囲内に収まることが確認された。   On the other hand, in the example, the wiring metal layer 11 was peeled off by three semiconductor chips out of 100 semiconductor chips. However, in the three semiconductor chips where the wiring metal layer 11 was peeled off, It was confirmed that the area ratio of the peeled portion of the wiring metal layer 11 of each semiconductor chip was smaller than that of the comparative example and was within 2% of the total area of the wiring metal layer 11.

(検証2)
次に、実施例および比較例ともに配線金属層11の剥離が生じたすべての半導体チップについて、光学顕微鏡により配線金属層11の剥離が生じている箇所を詳細に観察した。その結果、比較例では、次の3箇所で配線金属層11の剥離が生じていることが確認された。第1の箇所は、オーミック電極7と配線金属層11との界面である。第2の箇所は、オーミック電極7の内部である。すなわち、配線金属層11の下層であるオーミック電極7の一部とともに配線金属層11が剥離している。第3の箇所は、ダイシング時のチップ欠け(チッピング)に起因する例えばチップ端部である。すなわち、チップとともに配線金属層11が欠けている。
(Verification 2)
Next, in all of the semiconductor chips in which the wiring metal layer 11 was peeled off in both the examples and the comparative examples, the portions where the wiring metal layer 11 was peeled off were observed in detail with an optical microscope. As a result, in the comparative example, it was confirmed that the wiring metal layer 11 was peeled off at the following three locations. The first location is the interface between the ohmic electrode 7 and the wiring metal layer 11. The second location is inside the ohmic electrode 7. That is, the wiring metal layer 11 is peeled off together with a part of the ohmic electrode 7 which is the lower layer of the wiring metal layer 11. The third portion is, for example, a chip end portion resulting from chip chipping (chipping) during dicing. That is, the wiring metal layer 11 is missing together with the chip.

配線金属層11の剥離が生じていた23個の半導体チップのうち、上記第1〜3の箇所で配線金属層11の剥離が生じていた半導体チップの個数は、それぞれ次の通りである。上記第1の箇所での配線金属層11の剥離は、7個の半導体チップで確認された。上記第2の箇所での配線金属層11の剥離は、12個の半導体チップで確認された。上記第3の箇所での配線金属層11の剥離は、4個の半導体チップで確認された。比較例では、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度が60atm%以上であるため(検証1参照)、オーミック電極7の表面または内部の遊離炭素を原因として上記第1の箇所または第2の箇所で配線金属層11の剥離が生じる。   Of the 23 semiconductor chips in which the wiring metal layer 11 has been peeled off, the number of semiconductor chips in which the wiring metal layer 11 has been peeled off in the first to third locations is as follows. The separation of the wiring metal layer 11 at the first location was confirmed with seven semiconductor chips. The peeling of the wiring metal layer 11 at the second location was confirmed with 12 semiconductor chips. The peeling of the wiring metal layer 11 at the third location was confirmed with four semiconductor chips. In the comparative example, since the peak atomic concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 is 60 atm% or more (see Verification 1), the first location or the second location is caused by free carbon on the surface or inside of the ohmic electrode 7. Separation of the wiring metal layer 11 occurs at a location.

一方、実施例においては、3個の半導体チップともに、ダイシング時のチップ欠けに起因するチップ端部で配線金属層11の剥離が生じており、比較例のように上記第1,2の箇所での配線金属層11の剥離は生じていなかった。これにより、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度を60atm%未満にすることで(検証1参照)、オーミック電極7の表面または内部に偏析する遊離炭素を原因とする上記第1の箇所または第2の箇所での配線金属層11の剥離が生じないことが確認された。   On the other hand, in the example, in all the three semiconductor chips, the wiring metal layer 11 was peeled off at the chip end due to chip chipping during dicing, and in the first and second locations as in the comparative example. The wiring metal layer 11 was not peeled off. Thus, by setting the peak atom concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 to less than 60 atm% (see Verification 1), the first location or the above-mentioned first cause caused by free carbon segregating on the surface or inside of the ohmic electrode 7 or It was confirmed that no peeling of the wiring metal layer 11 occurred at the second location.

また、実施例と比較例とでは、オーミック電極7を形成するための熱処理条件が異なるのみであるが、上記検証1,2に記載したように、実施例でのみ本発明の効果が得られるという異なる検証結果となった。このことから、オーミック電極7を形成するための熱処理条件を設定するにあたって関係してくる因子、すなわちオーミック電極7の材質や厚さ、およびオーミック電極7を形成するための熱処理条件のバランスをとることにより、オーミック電極7中の炭素原子のピーク原子濃度を60atm%未満にすることができることがわかる。   In addition, the heat treatment conditions for forming the ohmic electrode 7 are different between the example and the comparative example. However, as described in the verifications 1 and 2, the effect of the present invention is obtained only in the example. Different verification results were obtained. Therefore, the factors involved in setting the heat treatment conditions for forming the ohmic electrode 7, that is, the material and thickness of the ohmic electrode 7 and the heat treatment conditions for forming the ohmic electrode 7 should be balanced. Thus, it can be seen that the peak atom concentration of carbon atoms in the ohmic electrode 7 can be made less than 60 atm%.

以上、説明したように、実施の形態1によれば、オーミック電極中の炭素原子のピーク原子濃度を60atm%未満にすることで、オーミック電極を形成する際に、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素が増加することを防止することができる。これにより、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素を含む副生成物が生成または偏析することを防止することができ、オーミック電極の脆化や剥離を防止することができる。また、実施の形態1によれば、オーミック電極7の厚さを100nm以上とすることにより、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極を形成することができる。したがって、良好なオーミック特性を示し、かつ剥離が生じないオーミック電極を形成することができる。   As described above, according to the first embodiment, the peak atomic concentration of carbon atoms in the ohmic electrode is made less than 60 atm%, so that when the ohmic electrode is formed, it is released on the surface and inside of the ohmic electrode. An increase in carbon can be prevented. Thereby, generation or segregation of by-products containing free carbon on the surface and inside of the ohmic electrode can be prevented, and embrittlement and peeling of the ohmic electrode can be prevented. Further, according to the first embodiment, by setting the thickness of the ohmic electrode 7 to 100 nm or more, a good ohmic electrode having a low contact resistance can be formed. Accordingly, it is possible to form an ohmic electrode that exhibits good ohmic characteristics and does not cause peeling.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、n+型炭化珪素基板1の裏面に第1金属層として形成されたニッケル層と、第1金属層上に第1金属層と異なる電極材料を用いて形成された第2金属層とからなる積層膜をシリサイド化してオーミック電極7を形成する点である。第2金属層は、例えば、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタンまたはクロム(Cr)からなる金属層、もしくはこれらの金属を1つ以上含む金属化合物層であるのがよい。
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. The semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment is different from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment in that a nickel layer formed as a first metal layer on the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 1, The ohmic electrode 7 is formed by silicidizing a laminated film including a second metal layer formed using an electrode material different from the first metal layer on the first metal layer. The second metal layer may be, for example, a metal layer made of molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium, or chromium (Cr), or a metal compound layer containing one or more of these metals.

実施の形態2においては、熱処理により、第1金属層(ニッケル層)中のニッケル原子がn+型炭化珪素基板1中のシリコン原子と結合(ニッケル層とn+型炭化珪素基板1との反応)し、実施の形態1と同様にニッケルシリサイドからなるオーミック電極7が形成される。このとき、n+型炭化珪素基板1から遊離した余剰の炭素原子(遊離炭素)がオーミック電極7中に拡散するが、オーミック電極7中に拡散した炭素原子は第2金属層中の金属原子と結合して金属炭化物となる。すなわち、第1金属層および第2金属層が順に積層されてなる積層膜をシリサイド化してオーミック電極7を形成することにより、オーミック電極7中の遊離炭素を低減させることができる。これによって、より確実にオーミック電極7の脆化や剥離を防止することができる。 In the second embodiment, the heat treatment, the nickel atoms in the first metal layer (nickel layer) is bonded to the silicon atoms of the n + -type silicon carbide substrate 1 (reaction between nickel layer and the n + -type silicon carbide substrate 1 As in the first embodiment, the ohmic electrode 7 made of nickel silicide is formed. At this time, surplus carbon atoms (free carbon) liberated from the n + -type silicon carbide substrate 1 diffuse into the ohmic electrode 7, and the carbon atoms diffused into the ohmic electrode 7 are separated from the metal atoms in the second metal layer. Combined to form metal carbide. That is, free carbon in the ohmic electrode 7 can be reduced by forming the ohmic electrode 7 by siliciding a laminated film in which the first metal layer and the second metal layer are sequentially laminated. Thereby, embrittlement and peeling of the ohmic electrode 7 can be prevented more reliably.

以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

以上において本発明は種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や表面濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態においては、炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を堆積した炭化珪素エピタキシャル基板を用いた場合を例に説明しているが、これに限らず、例えばデバイスを構成するすべての領域が炭化珪素基板の内部に形成されたイオン注入領域であってもよい。また、上述した各実施の形態においては、炭化珪素基板の(000−1)面をおもて面とした場合を例に説明しているが、炭化珪素基板の(0001)面をおもて面としてもよい。また、上述した各実施の形態においては、炉アニールによってオーミック電極を形成する場合を例に説明しているが、これに限らず、例えばレーザーアニールやランプアニール、誘導加熱によってオーミック電極を形成してもよい。   As described above, the present invention can be variously changed. In each of the above-described embodiments, for example, the dimensions and surface concentration of each part are variously set according to required specifications. Further, in each of the above-described embodiments, a case where a silicon carbide epitaxial substrate in which a silicon carbide epitaxial layer is deposited on a silicon carbide substrate is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a device is configured. All the regions may be ion-implanted regions formed inside the silicon carbide substrate. In each of the above-described embodiments, the case where the (000-1) plane of the silicon carbide substrate is used as the front surface is described as an example. However, the (0001) plane of the silicon carbide substrate is used as the front surface. It may be a surface. Further, in each of the above-described embodiments, the case where the ohmic electrode is formed by furnace annealing is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the ohmic electrode is formed by laser annealing, lamp annealing, or induction heating. Also good.

また、上述した各実施の形態においては、ショットキーバリアダイオードを作製する場合を例に説明しているが、これに限らず、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)や、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などを作製可能である。すなわち、本願発明は、炭化珪素基板のおもて面にオーミック電極を形成する場合にも適用可能である。また、本発明は、導電型を反転させても同様に成り立つ。   In each of the above-described embodiments, a case where a Schottky barrier diode is manufactured is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) or an insulated gate field effect transistor is used. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be manufactured. That is, the present invention is applicable also when an ohmic electrode is formed on the front surface of a silicon carbide substrate. Further, the present invention is similarly established even when the conductivity type is reversed.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の表面にオーミック電極を備えた半導体装置に有用であり、特に炭化珪素基板の裏面にオーミック電極を備えたパワー半導体装置に適している。   As described above, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for a semiconductor device having an ohmic electrode on the surface of a silicon carbide substrate, and in particular, a power semiconductor having an ohmic electrode on the back surface of the silicon carbide substrate. Suitable for equipment.

1 n+型炭化珪素基板
2 n-型ドリフト層
3 チャネルストッパー用のn型領域
4 終端構造用のp型領域
5 FLR構造用のp型領域
6 フィールド酸化膜
7 オーミック電極
8 ショットキー電極
9 電極パッド
10 パッシベーション膜
11 配線金属層
1 n + type silicon carbide substrate 2 n type drift layer 3 n type region for channel stopper 4 p type region for termination structure 5 p type region for FLR structure 6 field oxide film 7 ohmic electrode 8 Schottky electrode 9 electrode Pad 10 Passivation film 11 Wiring metal layer

Claims (4)

炭化珪素からなる半導体基板の表面にニッケルからなる金属層を形成する金属層形成工程と、
熱処理により前記金属層と前記半導体基板とを反応させて、前記金属層と前記半導体基板との界面に、オーミック特性を示す電極を形成する熱処理工程と、
を含み、
前記電極の厚さは100nm以上であり、
前記熱処理工程では、前記電極を形成する際に前記半導体基板から前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を51atm%以上60atm%未満にすることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A metal layer forming step of forming a metal layer made of nickel on the surface of a semiconductor substrate made of silicon carbide;
A heat treatment step of reacting the metal layer with the semiconductor substrate by heat treatment to form an electrode exhibiting ohmic characteristics at an interface between the metal layer and the semiconductor substrate;
Including
The electrode has a thickness of 100 nm or more;
In the heat treatment step, the peak value of the atomic concentration distribution in the thickness direction of the electrode of carbon atoms diffused from the semiconductor substrate into the electrode when forming the electrode is set to 51 atm% or more and less than 60 atm%. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記熱処理工程では、前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を55atm%以上58atm%未満にすることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   2. The peak value of the atomic concentration distribution in the thickness direction of the electrode of carbon atoms diffused inside the electrode is set to 55 atm% or more and less than 58 atm% in the heat treatment step. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device. 前記金属層形成工程では、前記半導体基板の(0001)面に前記金属層を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein in the metal layer forming step, the metal layer is formed on a (0001) plane of the semiconductor substrate. 前記金属層形成工程は、
前記半導体基板の表面に、ニッケルからなる第1金属層を形成する工程と、
前記第1金属層の表面に、モリブデン、タンタル、チタンおよびクロムのいずれか一つ以上の金属からなる第2金属層を形成する工程と、を含み、前記第1金属層および前記第2金属層が順に堆積されてなる前記金属層を形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The metal layer forming step includes
Forming a first metal layer made of nickel on a surface of the semiconductor substrate;
Forming a second metal layer made of at least one of molybdenum, tantalum, titanium, and chromium on the surface of the first metal layer, and the first metal layer and the second metal layer The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer is formed by sequentially depositing layers.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017168685A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 富士電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018107378A (en) * 2016-12-28 2018-07-05 昭和電工株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same, and method of forming oxide film of silicon carbide semiconductor
WO2018208112A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 한국전기연구원 Ohmic contact formed between semiconductor and metal and method for forming ohmic contact
JP2019140234A (en) * 2018-02-09 2019-08-22 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
CN110797260A (en) * 2018-08-02 2020-02-14 半导体组件工业公司 Carbon controlled ohmic contact layer for backside ohmic contact on silicon carbide power semiconductor devices

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093742A (en) * 2000-09-18 2002-03-29 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Ohmic electrode structure, method for manufacturing the same, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device
WO2009013886A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-29 Panasonic Corporation Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2013051435A (en) * 2012-11-05 2013-03-14 Fuji Electric Co Ltd Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2013058603A (en) * 2011-09-08 2013-03-28 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093742A (en) * 2000-09-18 2002-03-29 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Ohmic electrode structure, method for manufacturing the same, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device
WO2009013886A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-29 Panasonic Corporation Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2013058603A (en) * 2011-09-08 2013-03-28 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2013051435A (en) * 2012-11-05 2013-03-14 Fuji Electric Co Ltd Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017168685A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 富士電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018107378A (en) * 2016-12-28 2018-07-05 昭和電工株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same, and method of forming oxide film of silicon carbide semiconductor
WO2018208112A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 한국전기연구원 Ohmic contact formed between semiconductor and metal and method for forming ohmic contact
JP2019140234A (en) * 2018-02-09 2019-08-22 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
CN110797260A (en) * 2018-08-02 2020-02-14 半导体组件工业公司 Carbon controlled ohmic contact layer for backside ohmic contact on silicon carbide power semiconductor devices

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