JP2016154174A - Silicon carbide semiconductor device and silicon carbide semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】p型の炭化珪素半導体層に対し、安定的に低抵抗なオーミック電極を備える炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。【解決手段】炭化珪素半導体装置は、p型の炭化珪素半導体層に含まれるp型炭化珪素エピタキシャル層11と、オーミック電極200とを備える。オーミック電極200は、p型炭化珪素エピタキシャル層11の表面上にオーミック接触して形成される。また、オーミック電極200は、p型炭化珪素エピタキシャル層11と接触して形成され、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層200cと、珪素合金層200cと接触して形成され、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層200dとを備える。【選択図】図3The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device including an ohmic electrode having a stable low resistance for a p-type silicon carbide semiconductor layer, and a method for manufacturing the same. A silicon carbide semiconductor device includes a p-type silicon carbide epitaxial layer included in a p-type silicon carbide semiconductor layer, and an ohmic electrode. Ohmic electrode 200 is formed in ohmic contact on the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 11. In addition, ohmic electrode 200 is formed in contact with p-type silicon carbide epitaxial layer 11, formed in contact with silicon alloy layer 200 c containing aluminum and silicon, silicon alloy layer 200 c, and aluminum. A titanium alloy layer 200d containing titanium. [Selection] Figure 3
Description
本技術は、炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。 The present technology relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device.
炭化珪素半導体装置は、炭化珪素(以下、SiCと称する場合がある)の優れた材料物性によって、半導体装置の動作時の抵抗値を珪素(以下、Siと称する場合がある)半導体装置の動作時の抵抗値よりも低くすることができるため、注目を集めている。現在、炭化珪素半導体装置の分野では、炭化珪素を用いた高耐圧用途の半導体装置の開発が行われている。 A silicon carbide semiconductor device has an excellent material property of silicon carbide (hereinafter may be referred to as SiC), and the resistance value during operation of the semiconductor device is determined when silicon (hereinafter may be referred to as Si) semiconductor device. Since it can be made lower than the resistance value, it has attracted attention. At present, in the field of silicon carbide semiconductor devices, development of semiconductor devices for high voltage applications using silicon carbide is underway.
高耐圧向けの半導体装置の構成として、たとえば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor、すなわちIGBT)がある。n型チャネルIGBTの基本構造は、半導体基板の第1主面に、電界効果トランジスタ(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor、すなわちMOSFET)構造を有し、また、第1主面の反対側の面である第2主面にp型のコレクタを有するものである。 As a configuration of a semiconductor device for high withstand voltage, there is, for example, an insulated gate bipolar transistor (ie, IGBT). The basic structure of the n-type channel IGBT has a field-effect transistor (metal-effect transistor, or MOSFET) structure on the first main surface of the semiconductor substrate, and is on the opposite side of the first main surface. The second main surface, which is a surface, has a p-type collector.
炭化珪素半導体基板を用いてn型チャネルIGBTを作製すると、エピタキシャル成長により作製したn型炭化珪素エピタキシャル層の第1主面上にMOSFET構造が形成され、n型炭化珪素エピタキシャル層の第2主面にp型炭化珪素層が形成され、p型炭化珪素層におけるn型炭化珪素エピタキシャル層と接触する面の反対側の面にはオーミック電極が形成される。低抵抗なn型チャネルIGBTを作製するためには、p型炭化珪素層に対し低抵抗なオーミック電極が形成される必要がある。 When an n-type channel IGBT is manufactured using a silicon carbide semiconductor substrate, a MOSFET structure is formed on the first main surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer manufactured by epitaxial growth, and on the second main surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer. A p-type silicon carbide layer is formed, and an ohmic electrode is formed on the surface of the p-type silicon carbide layer opposite to the surface in contact with the n-type silicon carbide epitaxial layer. In order to produce a low-resistance n-type channel IGBT, it is necessary to form a low-resistance ohmic electrode on the p-type silicon carbide layer.
p型の炭化珪素半導体基板に対し低抵抗なオーミック電極の形成方法は、たとえば、非特許文献1において開示されている。また、レーザーアニールを用いたオーミック電極の形成方法は、たとえば、特許文献1において開示されている。 A method for forming an ohmic electrode having a low resistance with respect to a p-type silicon carbide semiconductor substrate is disclosed in Non-Patent Document 1, for example. Further, a method for forming an ohmic electrode using laser annealing is disclosed in Patent Document 1, for example.
非特許文献1の開示によると、p型の炭化珪素半導体基板上に、アルミニウム(以下、Alと称する場合がある)とチタニウム(以下、Tiと称する場合がある)との合金層を成膜した後、ランプアニールを行うことで低抵抗なオーミック電極が得られている。 According to the disclosure of Non-Patent Document 1, an alloy layer of aluminum (hereinafter sometimes referred to as Al) and titanium (hereinafter sometimes referred to as Ti) is formed on a p-type silicon carbide semiconductor substrate. Thereafter, lamp annealing is performed to obtain a low-resistance ohmic electrode.
特許文献1の開示によると、p型の炭化珪素半導体基板上に、チタニウム、アルミニウムの順に金属膜を成膜した後、成膜された当該金属膜にレーザー光を照射して金属膜を加熱する。これにより、金属膜と炭化珪素半導体基板との界面でこれらの合金層が形成される。当該合金層は、炭化珪素半導体基板に比べてオーミック性に優れているため、当該合金層はオーミック電極となることが示されている。 According to the disclosure of Patent Document 1, a metal film is formed in the order of titanium and aluminum on a p-type silicon carbide semiconductor substrate, and then the metal film is irradiated with laser light to heat the metal film. . Thereby, these alloy layers are formed at the interface between the metal film and the silicon carbide semiconductor substrate. Since the alloy layer is superior in ohmic property compared to the silicon carbide semiconductor substrate, the alloy layer is shown to be an ohmic electrode.
p型の炭化珪素半導体層に対し低抵抗なオーミック電極を形成するためには、非特許文献1の開示からもわかるように、アルミニウムとチタニウムとからなる金属層を用いることが有効である。そこで、p型の炭化珪素半導体層上に、チタニウム、アルミニウムの順に積層膜を形成した後レーザーアニールを行い、オーミック電極の形成を試みた。しかし、結果としては、低抵抗なオーミック電極を安定的に得ることはできなかった。 In order to form an ohmic electrode having a low resistance with respect to the p-type silicon carbide semiconductor layer, it is effective to use a metal layer made of aluminum and titanium, as can be seen from the disclosure of Non-Patent Document 1. Therefore, after forming a laminated film of titanium and aluminum in this order on the p-type silicon carbide semiconductor layer, laser annealing was performed to try to form an ohmic electrode. However, as a result, a low-resistance ohmic electrode could not be stably obtained.
本技術は、上記のような問題を解決するためのものであり、p型の炭化珪素半導体層に対し、安定的に低抵抗なオーミック電極を備える炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。 The present technology is intended to solve the above-described problem, and a silicon carbide semiconductor device including an ohmic electrode having a stable low resistance with respect to a p-type silicon carbide semiconductor layer and a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device It is about.
本技術の一態様に関する炭化珪素半導体装置は、p型の炭化珪素半導体層と、前記炭化珪素半導体層の表面上にオーミック接触して形成されるオーミック電極とを備え、前記オーミック電極は、前記炭化珪素半導体層と接触して形成され、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層と、前記珪素合金層と接触して形成され、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層とを備える。 A silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present technology includes a p-type silicon carbide semiconductor layer and an ohmic electrode formed in ohmic contact with the surface of the silicon carbide semiconductor layer, and the ohmic electrode includes the carbonized semiconductor device. A silicon alloy layer formed in contact with the silicon semiconductor layer and including aluminum and silicon, and a titanium alloy layer formed in contact with the silicon alloy layer and including aluminum and titanium.
本技術の一態様に関する炭化珪素半導体装置の製造方法は、p型の炭化珪素半導体層を形成し、前記炭化珪素半導体層の表面上にアルミニウム層を形成し、前記アルミニウム層の表面上にチタニウム層を形成し、アニール処理によって、前記炭化珪素半導体層と接触し、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層と、前記珪素合金層と接触し、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層とを形成する。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present technology includes forming a p-type silicon carbide semiconductor layer, forming an aluminum layer on a surface of the silicon carbide semiconductor layer, and forming a titanium layer on the surface of the aluminum layer. And a silicon alloy layer containing aluminum and silicon, and a titanium alloy layer containing aluminum and titanium, in contact with the silicon carbide semiconductor layer, and in contact with the silicon carbide semiconductor layer. Form.
本技術の一態様に関する炭化珪素半導体装置は、p型の炭化珪素半導体層と、前記炭化珪素半導体層の表面上にオーミック接触して形成されるオーミック電極とを備え、前記オーミック電極は、前記炭化珪素半導体層と接触して形成され、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層と、前記珪素合金層と接触して形成され、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層とを備える。 A silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present technology includes a p-type silicon carbide semiconductor layer and an ohmic electrode formed in ohmic contact with the surface of the silicon carbide semiconductor layer, and the ohmic electrode includes the carbonized semiconductor device. A silicon alloy layer formed in contact with the silicon semiconductor layer and including aluminum and silicon, and a titanium alloy layer formed in contact with the silicon alloy layer and including aluminum and titanium.
このような構成によれば、オーミック電極が、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層と、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層とを備えているため、オーミック電極を低抵抗化できる。 According to such a configuration, since the ohmic electrode includes the silicon alloy layer containing aluminum and silicon and the titanium alloy layer containing aluminum and titanium, the resistance of the ohmic electrode can be reduced.
本技術の一態様に関する炭化珪素半導体装置の製造方法は、p型の炭化珪素半導体層を形成し、前記炭化珪素半導体層の表面上にアルミニウム層を形成し、前記アルミニウム層の表面上にチタニウム層を形成し、アニール処理によって、前記炭化珪素半導体層と接触し、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層と、前記珪素合金層と接触し、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層とを形成する。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present technology includes forming a p-type silicon carbide semiconductor layer, forming an aluminum layer on a surface of the silicon carbide semiconductor layer, and forming a titanium layer on the surface of the aluminum layer. And a silicon alloy layer containing aluminum and silicon, and a titanium alloy layer containing aluminum and titanium, in contact with the silicon carbide semiconductor layer, and in contact with the silicon carbide semiconductor layer. Form.
このような構成によれば、アニール処理によって、珪素合金層とチタニウム合金層とを形成する場合に、p型の炭化珪素半導体層と接触する側とは反対側に位置する層が融点の高いチタニウムを含む層であるため、温度上昇に伴うアブレーションを抑制でき、形成されるオーミック電極の組成が大幅に変動することがない。よって、p型の炭化珪素半導体層に対し、安定的に低抵抗なオーミック電極を形成することができる。 According to such a configuration, when the silicon alloy layer and the titanium alloy layer are formed by annealing, the layer located on the side opposite to the side in contact with the p-type silicon carbide semiconductor layer has a high melting point. Therefore, the ablation accompanying the temperature rise can be suppressed, and the composition of the ohmic electrode to be formed does not vary greatly. Therefore, an ohmic electrode having a low resistance can be stably formed on the p-type silicon carbide semiconductor layer.
本技術の目的、特徴、局面および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 Objects, features, aspects, and advantages of the present technology will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
以下、添付の図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、図面は模式的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示されている画像のサイズおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得る。また、以下の説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称および機能も同様のものとする。よって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the drawings are schematically shown, and the mutual relationship between the sizes and positions of the images shown in different drawings is not necessarily described accurately, and can be changed as appropriate. Moreover, in the following description, the same code | symbol is attached | subjected and shown in the same component, and those names and functions are also the same. Therefore, the detailed description about them may be omitted.
また、以下の説明では、「上」、「下」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置および方向を意味する用語が用いられる場合があるが、これらの用語は、実施形態の内容を理解することを容易にするため便宜上用いられているものであり、実際に実施される際の方向とは関係しない。 In the following description, terms that mean a specific position and direction such as “top”, “bottom”, “side”, “bottom”, “front” or “back” may be used. Is used for convenience in order to facilitate understanding of the contents of the embodiment, and is not related to the direction in which it is actually implemented.
<第1実施形態>
<構成>
以下、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の構成および当該炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。
<First Embodiment>
<Configuration>
Hereinafter, the configuration of the silicon carbide semiconductor device and the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described.
p型の炭化珪素半導体層上に、チタニウム、アルミニウムの順に積層膜を形成した後レーザーアニールを行い、オーミック電極の形成を試みたところ、低抵抗なオーミック電極を安定的に得ることはできなかった。 After forming a laminated film of titanium and aluminum in this order on the p-type silicon carbide semiconductor layer, laser annealing was performed, and when an ohmic electrode was formed, a low-resistance ohmic electrode could not be stably obtained. .
この原因を探るべく、形成されたオーミック電極の組成を分析したところ、オーミック電極内のアルミニウムの組成比が安定しておらず、このことが低抵抗なオーミック電極を再現性よく得られていない原因であることが分かった。 When the composition of the formed ohmic electrode was analyzed in order to investigate this cause, the composition ratio of aluminum in the ohmic electrode was not stable, and this was the reason why the low resistance ohmic electrode was not obtained with good reproducibility It turns out that.
上記の現象が起きた要因としては、レーザー光が照射された領域においては局所的に高いエネルギーが投入されるため、ナノ秒オーダーの短時間で数千℃程度以上まで温度が上昇していることが考えられる。レーザー光が照射される金属層の最表面に存在するアルミニウムの沸点は2519度であるため、レーザー光によりアルミニウムにアブレーションが起き、オーミック電極内のアルミニウム組成比が変化したものと考えられる。 The cause of the above phenomenon is that the temperature rises to about several thousand degrees Celsius in a short time on the order of nanoseconds because high energy is locally applied in the region irradiated with laser light. Can be considered. Since the boiling point of aluminum existing on the outermost surface of the metal layer irradiated with laser light is 2519 degrees, ablation occurs in the aluminum by the laser light, and it is considered that the aluminum composition ratio in the ohmic electrode has changed.
図1および図2は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置を上方から見た場合の模式図である。また、図3は、図1および図2のA−A’断面構造とB−B’断面構造とを示す図である。 1 and 2 are schematic views of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment as viewed from above. FIG. 3 is a diagram showing the A-A ′ cross-sectional structure and the B-B ′ cross-sectional structure of FIGS. 1 and 2.
図1、図2および図3に示される炭化珪素半導体装置の構造は、以下の各実施形態で共通しているが、イオン注入領域、フィールド酸化膜の構造または層間絶縁膜の構造などはこれらの図に示されたものに限られるものではなく、異なる構造であってもよい。また、以下の各実施形態では、プレーナ型のゲート構造で説明されるが、これに限られるものではなく、トレンチ型のゲート構造であってもよい。 The structure of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 is common to the following embodiments, but the ion implantation region, the structure of the field oxide film, the structure of the interlayer insulating film, etc. It is not restricted to what was shown by the figure, A different structure may be sufficient. In each of the following embodiments, a planar gate structure is described. However, the present invention is not limited to this, and a trench gate structure may be used.
図1および図2に示される炭化珪素半導体装置の上部の構造では、中央部に配線電極300aが形成されている。この配線電極300aの下部には、MOSFETの単位構造であるユニットセルが複数配置されており、配線電極300aは、各ユニットセルのソース電極(ここでは図示せず)に電気的に接続されている。 In the upper structure of the silicon carbide semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2, wiring electrode 300a is formed at the center. A plurality of unit cells, which are MOSFET unit structures, are arranged below the wiring electrode 300a, and the wiring electrode 300a is electrically connected to a source electrode (not shown here) of each unit cell. .
そして、図2に示されるように、配線電極300aの外周には層間絶縁膜80が形成されており、さらに層間絶縁膜80の外周には、配線電極300bが形成されている。この配線電極300bは、各ユニットセルのゲート電極(ここでは図示せず)に接続され、ゲート電圧は、この配線電極300bを介して供給される。配線電極300bの外周には、ダイシングライン1000と一定の距離を隔てて、層間絶縁膜80が形成されている。 As shown in FIG. 2, an interlayer insulating film 80 is formed on the outer periphery of the wiring electrode 300 a, and further, a wiring electrode 300 b is formed on the outer periphery of the interlayer insulating film 80. The wiring electrode 300b is connected to the gate electrode (not shown here) of each unit cell, and the gate voltage is supplied through the wiring electrode 300b. An interlayer insulating film 80 is formed on the outer periphery of the wiring electrode 300b with a certain distance from the dicing line 1000.
図2に示される構造の上部には、図1に示されるように、配線電極300aと配線電極300bの一部とを除いて、耐圧を向上させるための絶縁膜400が形成されている。絶縁膜400は、たとえば、ポリイミドからなる膜である。 As shown in FIG. 1, an insulating film 400 for improving the breakdown voltage is formed on the upper portion of the structure shown in FIG. 2 except for the wiring electrode 300a and a part of the wiring electrode 300b. The insulating film 400 is a film made of polyimide, for example.
次に、図3に示される、図1および図2のA−A’断面構造とB−B’断面構造とにおける、炭化珪素基体などについて説明する。 Next, a silicon carbide substrate and the like in the A-A ′ sectional structure and the B-B ′ sectional structure of FIGS. 1 and 2 shown in FIG. 3 will be described.
図3において、主面としての表面11aは、(0001)面から4°または8°のオフ角を有しており、4Hのポリタイプを有するp型炭化珪素エピタキシャル層11の表面である。そして、表面11aの上に、(0001)面から4°または8°のオフ角を有しており、4Hのポリタイプを有するn型炭化珪素エピタキシャル層12が形成されている。なお、p型炭化珪素エピタキシャル層11とn型炭化珪素エピタキシャル層12とを合わせて炭化珪素エピタキシャル基体13と呼ぶ場合がある。 In FIG. 3, surface 11a as a main surface has a 4 ° or 8 ° off-angle from the (0001) plane and is the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 11 having a 4H polytype. An n-type silicon carbide epitaxial layer 12 having an off angle of 4 ° or 8 ° from the (0001) plane and having a 4H polytype is formed on the surface 11a. In some cases, p-type silicon carbide epitaxial layer 11 and n-type silicon carbide epitaxial layer 12 are collectively referred to as silicon carbide epitaxial substrate 13.
n型炭化珪素エピタキシャル層12の厚みおよびn型炭化珪素エピタキシャル層12の濃度は、半導体装置に必要とされる耐圧に依存するが、たとえば、n型炭化珪素エピタキシャル層12の厚みは10μm程度以上200μm程度以下の範囲であり、n型炭化珪素エピタキシャル層12の濃度は1×1014cm−3程度以上1×1017cm−3程度以下の範囲である。必要とされる耐圧が変更された場合、上記の範囲から外れてもよい。 The thickness of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 and the concentration of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 depend on the breakdown voltage required for the semiconductor device. For example, the thickness of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 is about 10 μm or more and 200 μm. The concentration of the n-type silicon carbide epitaxial layer 12 is in the range of about 1 × 10 14 cm −3 to about 1 × 10 17 cm −3 . If the required pressure resistance is changed, it may deviate from the above range.
p型炭化珪素エピタキシャル層11の厚みは、たとえば、10μm程度以上100μm程度以下の範囲であり、p型炭化珪素エピタキシャル層11の濃度は、たとえば、5×1017cm−3程度以上1×1021cm−3程度以下の範囲である。 The thickness of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 is, for example, in the range of about 10 μm to about 100 μm, and the concentration of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 is, for example, about 5 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 21. The range is about cm −3 or less.
n型の炭化珪素エピタキシャル層とp型の炭化珪素エピタキシャル層とからなる炭化珪素エピタキシャル基体13の厚みは、半導体装置に必要とされる耐圧に依存するが、たとえば、200μm程度以下であり、炭化珪素エピタキシャル基体13は薄板化されている。 The thickness of the silicon carbide epitaxial substrate 13 composed of the n-type silicon carbide epitaxial layer and the p-type silicon carbide epitaxial layer depends on the breakdown voltage required for the semiconductor device, but is, for example, about 200 μm or less. The epitaxial substrate 13 is thinned.
次に、図1および図2のB−B’切断面における炭化珪素半導体装置のMOSFET構造について、図3を参照しつつ説明する。 Next, the MOSFET structure of the silicon carbide semiconductor device taken along the line B-B ′ in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG. 3.
n型炭化珪素エピタキシャル層12の表層には、ある幅だけ離間して、アルミニウムをp型不純物として含有する複数のベース領域30が形成されている。それぞれのベース領域30の表層には、ある幅だけ離間して、窒素(以下、Nと称する場合がある)をn型不純物として含有する複数のソース領域40が形成されている。ソース領域40は、ベース領域30よりも浅い領域に形成されている。 In the surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 12, a plurality of base regions 30 containing aluminum as a p-type impurity are formed apart from each other by a certain width. A plurality of source regions 40 containing nitrogen (hereinafter sometimes referred to as N) as n-type impurities are formed on the surface layer of each base region 30 so as to be separated by a certain width. The source region 40 is formed in a region shallower than the base region 30.
また、ソース領域40とn型炭化珪素エピタキシャル層12とに挟まれたベース領域30上に、ゲート絶縁膜60を介してゲート電極70が形成されている。ゲート絶縁膜60およびゲート電極70は、n型炭化珪素エピタキシャル層12の表面上に亘って形成されている。ゲート絶縁膜60は、たとえば、二酸化珪素(SiO2)で構成される。 A gate electrode 70 is formed on base region 30 sandwiched between source region 40 and n-type silicon carbide epitaxial layer 12 with gate insulating film 60 interposed therebetween. Gate insulating film 60 and gate electrode 70 are formed over the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 12. The gate insulating film 60 is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ).
また、ゲート電極70を覆って層間絶縁膜80が形成されている。また、ゲート絶縁膜60が形成されていないベース領域30の表面上およびソース領域40の表面上には、当該表面とオーミック接合しているソース電極100が形成されている。さらに、ソース電極100および層間絶縁膜80を覆って、配線電極300aが形成されている。 An interlayer insulating film 80 is formed to cover the gate electrode 70. A source electrode 100 that is in ohmic contact with the surface is formed on the surface of the base region 30 where the gate insulating film 60 is not formed and on the surface of the source region 40. Further, a wiring electrode 300 a is formed so as to cover the source electrode 100 and the interlayer insulating film 80.
次に、図1および図2のA−A’切断面における炭化珪素半導体装置の終端構造について、図3を参照しつつ説明する。 Next, the termination structure of the silicon carbide semiconductor device taken along the line A-A ′ in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG. 3.
n型炭化珪素エピタキシャル層12の表層には、アルミニウムをp型不純物として含有するベース領域30と、耐圧を維持させるためにアルミニウムをp型不純物として含有するイオン注入領域とが設けられている。以下では、このイオン注入領域をjunction termination extension(JTE)領域20として説明する。JTE領域20は、ベース領域30とは異なる領域に形成されている。 The surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 is provided with a base region 30 containing aluminum as a p-type impurity and an ion implantation region containing aluminum as a p-type impurity in order to maintain a breakdown voltage. Hereinafter, this ion implantation region will be described as a junction termination extension (JTE) region 20. The JTE region 20 is formed in a region different from the base region 30.
ベース領域30の表面とJTE領域20の表面とを含むn型炭化珪素エピタキシャル層12の表面上には、フィールド酸化膜50が形成されている。また、フィールド酸化膜50上には、ゲート電極70が部分的に形成されている。また、フィールド酸化膜50およびゲート電極70を覆って、層間絶縁膜80が堆積されている。ただし、ゲート電極70上の一部においては、層間絶縁膜80は形成されず、開口が形成されている。さらに、層間絶縁膜80および開口部分のゲート電極70を覆って、配線電極300bが形成されている。配線電極300bは、ゲート電極70と電気的に接続されている。さらに、配線電極300bを覆って、耐圧を維持されるための絶縁膜400が形成されている。 Field oxide film 50 is formed on the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 including the surface of base region 30 and the surface of JTE region 20. On the field oxide film 50, a gate electrode 70 is partially formed. An interlayer insulating film 80 is deposited so as to cover the field oxide film 50 and the gate electrode 70. However, in a part on the gate electrode 70, the interlayer insulating film 80 is not formed but an opening is formed. Further, a wiring electrode 300b is formed so as to cover the interlayer insulating film 80 and the gate electrode 70 in the opening. The wiring electrode 300b is electrically connected to the gate electrode 70. Further, an insulating film 400 is formed to cover the wiring electrode 300b and to maintain the withstand voltage.
最後に、炭化珪素エピタキシャル基体13の表面の反対側の面である反対表面、すなわち裏面におけるオーミック電極200の構造について、図3を参照しつつ説明する。 Finally, the structure of ohmic electrode 200 on the opposite surface, ie, the back surface, which is the surface opposite to the surface of silicon carbide epitaxial substrate 13 will be described with reference to FIG.
オーミック電極200は、p型炭化珪素エピタキシャル層11の裏面上に、アルミニウムを含んだ珪素合金層200cが堆積され、さらに、珪素合金層200c上に、アルミニウムを含んだチタニウム合金層200dが堆積されて形成されたものである。ただし、オーミック電極200の一部が、p型炭化珪素エピタキシャル層11上に珪素合金層200cのみが形成され、チタニウム合金層200dが形成されていなくともよい。オーミック電極200の裏面上には、裏面電極500が形成される。 In the ohmic electrode 200, a silicon alloy layer 200c containing aluminum is deposited on the back surface of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11, and a titanium alloy layer 200d containing aluminum is further deposited on the silicon alloy layer 200c. It is formed. However, a part of the ohmic electrode 200 may not be formed with only the silicon alloy layer 200c on the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 and the titanium alloy layer 200d. A back electrode 500 is formed on the back surface of the ohmic electrode 200.
<製造方法>
続いて、図1から図3に示された炭化珪素半導体装置の製造方法について、図4から図16を参照しつつ順に説明する。
<Manufacturing method>
Then, the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device shown by FIGS. 1-3 is demonstrated in order, referring FIGS. 4-16.
図4から図16は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の各製造工程における、活性領域の断面および終端領域の断面を模式的に示す図である。 4 to 16 are diagrams schematically showing a cross section of the active region and a cross section of the termination region in each manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment.
表面の面方位が(0001)面から4°または8°オフし、4Hのポリタイプを有するn型で低抵抗の炭化珪素半導体基板10の表面10a上に、図4に示されるように、化学気相堆積(chemical vapor deposition、すなわちCVD)法により、5×1017cm−3程度以上1×1021cm−3程度以下のp型の不純物濃度であり、10μm程度以上100μm程度以下の厚さであるp型炭化珪素エピタキシャル層11を成長させる。さらに、p型炭化珪素エピタキシャル層11の表面11a上に、CVD法により、1×1014cm−3程度以上1×1017cm−3程度以下のn型の不純物濃度であり、10μm程度以上200μm程度以下の厚さであるn型炭化珪素エピタキシャル層12を成長させる。p型炭化珪素エピタキシャル層11上にn型炭化珪素エピタキシャル層12が形成された構造を炭化珪素エピタキシャル基体13と称することができる。 As shown in FIG. 4, the surface orientation of the surface is off by 4 ° or 8 ° from the (0001) plane, and the surface 10a of the n-type low resistance silicon carbide semiconductor substrate 10 having a 4H polytype is The p-type impurity concentration is about 5 × 10 17 cm −3 or more and about 1 × 10 21 cm −3 or less and has a thickness of about 10 μm or more and about 100 μm or less by a chemical vapor deposition (ie, CVD) method. A p-type silicon carbide epitaxial layer 11 is grown. Further, an n-type impurity concentration of about 1 × 10 14 cm −3 or more and about 1 × 10 17 cm −3 or less is formed on the surface 11a of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 by CVD, and is about 10 μm or more and 200 μm. An n-type silicon carbide epitaxial layer 12 having a thickness of about or less is grown. A structure in which n-type silicon carbide epitaxial layer 12 is formed on p-type silicon carbide epitaxial layer 11 can be referred to as silicon carbide epitaxial substrate 13.
以上により、n型の炭化珪素半導体基板10上に炭化珪素エピタキシャル基体13が形成された、炭化珪素基体14を用意する。 Thus, silicon carbide substrate 14 in which silicon carbide epitaxial substrate 13 is formed on n-type silicon carbide semiconductor substrate 10 is prepared.
次に、図5に示されるように、終端領域において、n型炭化珪素エピタキシャル層12の表面に注入マスクを形成し、n型炭化珪素エピタキシャル層12の表層にp型の不純物であるアルミニウムをイオン注入する。このとき、アルミニウムのイオン注入深さは、0.1μm程度以上3μm程度以下とする。また、イオン注入されたアルミニウムの不純物濃度は、1×1017cm−3程度以上1×1019cm−3程度以下の範囲であり、n型炭化珪素エピタキシャル層12のn型不純物濃度よりも高いものとする。ここで、形成されたイオン注入領域は、耐圧を維持させるためのものであり、上記のJTE領域20である。 Next, as shown in FIG. 5, in the termination region, an implantation mask is formed on the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 12, and p-type impurity aluminum is ionized on the surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 12. inject. At this time, the ion implantation depth of aluminum is about 0.1 μm or more and about 3 μm or less. The impurity concentration of the ion-implanted aluminum is in the range of about 1 × 10 17 cm −3 to about 1 × 10 19 cm −3 and higher than the n-type impurity concentration of the n-type silicon carbide epitaxial layer 12. Shall. Here, the formed ion implantation region is for maintaining the breakdown voltage, and is the JTE region 20 described above.
次に、図5において用いた注入マスクを除去した後、図6に示されるように、活性領域および終端領域においてn型炭化珪素エピタキシャル層12の表面に注入マスクを形成し、n型炭化珪素エピタキシャル層12の表層にp型の不純物であるアルミニウムをイオン注入する。このとき、アルミニウムのイオン注入深さは、0.1μm程度以上3μm程度以下とする。また、イオン注入されたアルミニウムの不純物濃度は、1×1017cm−3程度以上1×1019cm−3程度以下の範囲であり、n型炭化珪素エピタキシャル層12のn型不純物濃度よりも高いものとする。ここで、形成されたイオン注入された領域は、JTE領域20とは異なる領域に形成され、かつ、互いに離間して形成される複数のベース領域30である。 Next, after removing the implantation mask used in FIG. 5, an implantation mask is formed on the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 in the active region and the termination region as shown in FIG. Aluminum, which is a p-type impurity, is ion-implanted into the surface layer of the layer 12. At this time, the ion implantation depth of aluminum is about 0.1 μm or more and about 3 μm or less. The impurity concentration of the ion-implanted aluminum is in the range of about 1 × 10 17 cm −3 to about 1 × 10 19 cm −3 and higher than the n-type impurity concentration of the n-type silicon carbide epitaxial layer 12. Shall. Here, the formed ion-implanted regions are a plurality of base regions 30 formed in a region different from the JTE region 20 and formed apart from each other.
次に、図6において用いた注入マスクを除去した後、図7に示されるように、活性領域において、ベース領域30の表面を含むn型炭化珪素エピタキシャル層12の表面に注入マスクを形成し、当該注入マスクが形成されたベース領域30の表層に、n型の不純物である窒素(N)をイオン注入する。窒素(N)のイオン注入深さは、ベース領域30の底面の深さよりも浅いものとする。また、イオン注入された窒素(N)の不純物濃度は、1×1018cm−3程度以上1×1021cm−3程度以下の範囲であり、ベース領域30のp型不純物濃度よりも高いものとする。ベース領域30内の窒素(N)が注入された領域のうち、n型を示す領域がソース領域40である。 Next, after removing the implantation mask used in FIG. 6, as shown in FIG. 7, an implantation mask is formed on the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 including the surface of base region 30 in the active region, Nitrogen (N), which is an n-type impurity, is ion-implanted into the surface layer of the base region 30 where the implantation mask is formed. The ion implantation depth of nitrogen (N) is assumed to be shallower than the depth of the bottom surface of the base region 30. The impurity concentration of nitrogen (N) ion-implanted is in the range of about 1 × 10 18 cm −3 to about 1 × 10 21 cm −3 and higher than the p-type impurity concentration of the base region 30. And Of the regions into which nitrogen (N) is implanted in the base region 30, the region showing n-type is the source region 40.
次に、図7において用いた注入マスクを除去した後、熱処理装置(ここでは図示せず)によってアルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガス雰囲気中で、アニール処理を行う。当該アニール処理を行う場合、雰囲気の温度は1300℃程度以上1900℃程度以下とし、時間は30秒程度以上1時間程度以下とする。このアニール処理により、先にイオン注入された窒素(N)およびアルミニウムが活性化する。 Next, after removing the implantation mask used in FIG. 7, annealing is performed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) gas by a heat treatment apparatus (not shown here). When the annealing treatment is performed, the temperature of the atmosphere is set to about 1300 ° C. to about 1900 ° C., and the time is set to about 30 seconds to about 1 hour. By this annealing treatment, the previously implanted nitrogen (N) and aluminum are activated.
次に、図8に示されるように、終端領域において、CVD法などによって二酸化珪素(SiO2)などからなるフィールド酸化膜50を形成する。次に、活性領域において、ベース領域30およびソース領域40を含むn型炭化珪素エピタキシャル層12の表面を熱酸化して、所望の厚みを有するゲート絶縁膜60を形成する。 Next, as shown in FIG. 8, a field oxide film 50 made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like is formed in the termination region by a CVD method or the like. Next, in the active region, the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 including base region 30 and source region 40 is thermally oxidized to form gate insulating film 60 having a desired thickness.
次に、図9に示されるように、フィールド酸化膜50上およびゲート絶縁膜60上に、導電性を有する多結晶珪素膜を減圧CVD法により形成する。そして、この多結晶珪素膜をパターニングすることにより、ゲート電極70を形成する。このとき、活性領域においてゲート電極70は、ソース領域40とn型炭化珪素エピタキシャル層12とに挟まれたベース領域30上に、ゲート絶縁膜60を介して形成される。また、活性領域におけるゲート電極70は、n型炭化珪素エピタキシャル層12の表面上に亘って形成される。 Next, as shown in FIG. 9, a polycrystalline silicon film having conductivity is formed on the field oxide film 50 and the gate insulating film 60 by a low pressure CVD method. The gate electrode 70 is formed by patterning the polycrystalline silicon film. At this time, the gate electrode 70 in the active region is formed on the base region 30 sandwiched between the source region 40 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 12 via the gate insulating film 60. Gate electrode 70 in the active region is formed over the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 12.
次に、図10に示されるように、活性領域および終端領域において、CVD法などにより、二酸化珪素(SiO2)などからなる層間絶縁膜80を形成する。層間絶縁膜80は、活性領域においては、ゲート絶縁膜60およびゲート電極70を覆って形成される。また、層間絶縁膜80は、終端領域においては、ゲート電極70およびフィールド酸化膜50を覆って形成される。 Next, as shown in FIG. 10, an interlayer insulating film 80 made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like is formed by CVD or the like in the active region and the termination region. Interlayer insulating film 80 is formed to cover gate insulating film 60 and gate electrode 70 in the active region. Interlayer insulating film 80 is formed to cover gate electrode 70 and field oxide film 50 in the termination region.
次に、図11に示されるように、活性領域においては、ゲート電極70が形成された領域を除く領域の層間絶縁膜80およびゲート絶縁膜60を除去し、炭化珪素層へのコンタクトホールを形成する。具体的には、C3H8などを含むガスを用いた反応性イオンエッチング(reactive ion etching、すなわちRIE)などのドライエッチングによって、炭化珪素層へのコンタクトホールを開口する。そして、活性領域における、層間絶縁膜80およびゲート絶縁膜60が除去された表面に、熱処理および薬品処理などにより、ソース電極100としてのニッケル(Ni)金属膜を成膜する。ここでは、ソース電極100の材料としてNiを例に挙げて説明したが、低抵抗なソース電極100を形成できる金属膜であれば、その他の金属または積層膜でもよい。 Next, as shown in FIG. 11, in the active region, the interlayer insulating film 80 and the gate insulating film 60 in the region excluding the region where the gate electrode 70 is formed are removed to form a contact hole to the silicon carbide layer. To do. Specifically, a contact hole to the silicon carbide layer is opened by dry etching such as reactive ion etching (RIE) using a gas containing C 3 H 8 or the like. Then, a nickel (Ni) metal film as the source electrode 100 is formed on the surface of the active region from which the interlayer insulating film 80 and the gate insulating film 60 have been removed by heat treatment and chemical treatment. Here, Ni has been described as an example of the material of the source electrode 100. However, any metal or laminated film may be used as long as the metal film can form the low-resistance source electrode 100.
また、終端領域においては、層間絶縁膜80を部分的に除去し、ゲート電極70へのコンタクトホールを形成する。具体的には、ドライエッチング、フッ化水素などを用いたウエットエッチング、または、ドライエッチングとウエットエッチングとを組み合わせた方法によって、ゲート電極70へのコンタクトホールを開口する。 In the termination region, the interlayer insulating film 80 is partially removed, and a contact hole to the gate electrode 70 is formed. Specifically, the contact hole to the gate electrode 70 is opened by dry etching, wet etching using hydrogen fluoride, or a combination of dry etching and wet etching.
次に、図12に示されるように、活性領域においてソース電極100とゲート電極70とを覆い、終端領域において層間絶縁膜80とゲート電極70とを覆う配線電極を、パターニングにより形成する。なお、活性領域における配線電極は配線電極300aとし、終端領域における配線電極は配線電極300bとする。配線電極の材料としては、たとえば、アルミニウムなどが挙げられる。さらに、耐圧を維持させるために、終端領域において、ポリイミドなどからなる絶縁膜400を配線電極300bを覆うように堆積させる。 Next, as shown in FIG. 12, a wiring electrode that covers the source electrode 100 and the gate electrode 70 in the active region and covers the interlayer insulating film 80 and the gate electrode 70 in the termination region is formed by patterning. The wiring electrode in the active region is the wiring electrode 300a, and the wiring electrode in the termination region is the wiring electrode 300b. Examples of the material for the wiring electrode include aluminum. Further, in order to maintain the breakdown voltage, an insulating film 400 made of polyimide or the like is deposited so as to cover the wiring electrode 300b in the termination region.
次に、図13に示されるように、炭化珪素半導体基板10を研削することにより、p型炭化珪素エピタキシャル層11の裏面11bを露出させる。このときのp型炭化珪素エピタキシャル層11とn型炭化珪素エピタキシャル層12とをあわせた厚みは、必要とされる耐圧によって異なるが、たとえば、200μm程度以下とする。研削中、非研削面には保護テープを貼り付けるまたはワックスなどを塗布してサポート基板を貼り付けることで、保護することが望ましい。研削に用いられる砥石には、たとえば、ダイヤモンド砥粒がビトリファイドなどの結合剤で結合されたものが考えられる。ここでは、n型の炭化珪素半導体基板10を除去するための方法として研削が例に挙げられているが、その他の加工方法によってn型の炭化珪素半導体基板10が除去される場合であっても構わない。 Next, as shown in FIG. 13, silicon carbide semiconductor substrate 10 is ground to expose back surface 11 b of p-type silicon carbide epitaxial layer 11. The total thickness of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 12 at this time varies depending on the required breakdown voltage, but is, for example, about 200 μm or less. During grinding, it is desirable to protect the non-ground surface by applying a protective tape or applying a wax or the like and attaching a support substrate. As a grindstone used for grinding, for example, diamond abrasive grains bonded with a binder such as vitrified can be considered. Here, grinding is given as an example of a method for removing n-type silicon carbide semiconductor substrate 10, but even when n-type silicon carbide semiconductor substrate 10 is removed by other processing methods. I do not care.
次に、図14に示されるように、n型の炭化珪素半導体基板10が除去された後に露出したp型炭化珪素エピタキシャル層11の裏面11bを適切な方法で洗浄し、裏面11bの全面にオーミック電極を形成させる。 Next, as shown in FIG. 14, the back surface 11b of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 exposed after the removal of the n-type silicon carbide semiconductor substrate 10 is cleaned by an appropriate method, and an ohmic surface is formed on the entire back surface 11b. An electrode is formed.
露出したp型炭化珪素エピタキシャル層11の裏面11b上に、アルミニウム電極層200a、チタニウム電極層200bを順に堆積させる。堆積に際しては、2種類の金属のうちで融点の低いアルミニウムを、p型炭化珪素エピタキシャル層11の裏面11b上に先に堆積させ、その後、2種類の金属のうちで融点の高いチタニウムを、堆積したアルミニウム電極層200a上に堆積させる。各金属膜の厚みは、たとえば、アルミニウム電極層200aを50nm程度、チタニウム電極層200bを30nm程度とする。当該厚みに関しては、形成されるオーミック電極が低抵抗なものとなる厚みであれば、ここで述べた以外の厚みであってもよい。なお、アルミニウムの厚みは、チタニウムの厚みよりも厚いことが望ましい。 On the exposed back surface 11b of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11, an aluminum electrode layer 200a and a titanium electrode layer 200b are sequentially deposited. At the time of deposition, aluminum having a low melting point among the two types of metals is first deposited on the back surface 11b of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11, and then titanium having a high melting point among the two types of metals is deposited. Deposited on the aluminum electrode layer 200a. The thickness of each metal film is, for example, about 50 nm for the aluminum electrode layer 200a and about 30 nm for the titanium electrode layer 200b. Regarding the thickness, any thickness other than those described here may be used as long as the formed ohmic electrode has a low resistance. Note that the thickness of aluminum is desirably thicker than that of titanium.
次に、図15に示されるように、上記の金属膜を堆積させたp型炭化珪素エピタキシャル層11の裏面側にレーザー光201を照射し、オーミック電極を形成させる。当該照射に用いられるレーザー光の種類は、たとえば、YVO4レーザーである。ただし、YVO4レーザー以外であっても、YAGレーザー、エキシマレーザーまたはYLFレーザーなどを用いることができる。照射するレーザー光の波長は、たとえば、YVO4レーザーを用いた場合には、第3高調波である355nmまたは第2高調波である532nmとすることができる。レーザー光照射中に窒素などの不活性ガスをレーザー光照射面に吹き付けながらアニールする。ここでは、355nmの波長のレーザー光を用いることとする。 Next, as shown in FIG. 15, the back surface side of the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 on which the metal film is deposited is irradiated with a laser beam 201 to form an ohmic electrode. Type of laser light used for the irradiation is, for example, a YVO 4 laser. However, a YAG laser, an excimer laser, a YLF laser, or the like can be used other than the YVO 4 laser. For example, when a YVO 4 laser is used, the wavelength of the laser light to be irradiated can be 355 nm as the third harmonic or 532 nm as the second harmonic. Annealing is performed while blowing an inert gas such as nitrogen on the laser light irradiation surface during laser light irradiation. Here, laser light having a wavelength of 355 nm is used.
p型炭化珪素エピタキシャル層11に対して、Al/Ti金属膜でオーミック電極を形成させる際のレーザー照射条件は、たとえば、以下である。すなわち、堆積する金属膜の厚みによるが、レーザー光のエネルギー密度に関しては、1.6J/cm2程度以上2.5J/cm2程度以下の範囲であればよく、アルミニウムが50nm、チタニウムが30nmである場合に、レーザー光のエネルギー密度を1.8J/cm2とする。レーザー光の形状は、点状またはライン状などどのような形状でもよい。レーザーアニールに際しては、レーザー光の形状を操作することでビーム光を重ねて、レーザー光を照射する。ここでは、ラインビームを用い、ラインビームのサイズは、レーザー光の最大強度に対して強度が半分になる領域が180μm×70μmであるものとする。ビーム径の重ね合わせは、ビームの長軸方向およびビームの短軸方向に対して50%以上であればよく、本実施形態では、ビーム幅が70μmの方向ではビーム幅の80%ずつ重ねて照射し、オーミック電極200を形成する。 Laser irradiation conditions for forming an ohmic electrode with an Al / Ti metal film for p-type silicon carbide epitaxial layer 11 are, for example, as follows. That is, depending on the thickness of the deposited metal film, for the energy density of the laser beam may be a 1.6 J / cm 2 less than approximately 2.5 J / cm 2 about the range, aluminum is 50 nm, titanium is at 30nm In some cases, the energy density of the laser beam is set to 1.8 J / cm 2 . The shape of the laser beam may be any shape such as a dot shape or a line shape. In laser annealing, laser light is irradiated by superimposing beam light by manipulating the shape of the laser light. Here, a line beam is used, and the size of the line beam is 180 μm × 70 μm in a region where the intensity is halved with respect to the maximum intensity of the laser beam. The overlapping of the beam diameters may be 50% or more with respect to the major axis direction and the minor axis direction of the beam, and in this embodiment, irradiation is performed by overlapping 80% of the beam width in the direction where the beam width is 70 μm. Then, the ohmic electrode 200 is formed.
図17は、Al/Ti金属膜を用いて作製したオーミック電極の、断面transmission electron microscope像(断面TEM像)を示す図である。また、図18は、図17中の各位置で取得されるenergy dispersive x−ray spectroscopy(EDS)から算出した原子濃度を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a cross-section transmission electron microscope image (cross-section TEM image) of an ohmic electrode fabricated using an Al / Ti metal film. Moreover, FIG. 18 is a figure which shows the atomic concentration calculated from energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) acquired in each position in FIG.
図17の断面TEM像においては、下方から順に、濃度が2×1018cm−3であるp型の炭化珪素半導体基板1、作製されたオーミック電極4およびアルミニウム電極層5がそれぞれ示されている。 In the cross-sectional TEM image of FIG. 17, p-type silicon carbide semiconductor substrate 1 having a concentration of 2 × 10 18 cm −3 , manufactured ohmic electrode 4, and aluminum electrode layer 5 are shown in order from the bottom. .
図18においては、p型の炭化珪素半導体基板1、上記のオーミック電極4の黒いコントラスト部2およびオーミック電極4の白いコントラスト部3における原子濃度がそれぞれ示されている。 In FIG. 18, atomic concentrations in p-type silicon carbide semiconductor substrate 1, black contrast portion 2 of ohmic electrode 4 and white contrast portion 3 of ohmic electrode 4 are shown.
p型の炭化珪素半導体基板1における原子濃度を基準として比較すると、黒いコントラスト部2における原子濃度の組成はp型の炭化珪素半導体基板1における原子濃度の組成とは大きく違いはないが、黒いコントラスト部2における原子濃度の組成には、わずかにアルミニウムが含まれていることが分かる。また、図17において、p型の炭化珪素半導体基板1と黒いコントラスト部2とを比較すると、黒いコントラスト部2は結晶性を失った珪素合金層であることが分かる。 Comparing the atomic concentration in p-type silicon carbide semiconductor substrate 1 as a reference, the composition of atomic concentration in black contrast portion 2 is not significantly different from the composition of atomic concentration in p-type silicon carbide semiconductor substrate 1, but the black contrast It can be seen that the composition of atomic concentration in part 2 contains a slight amount of aluminum. Moreover, in FIG. 17, when the p-type silicon carbide semiconductor substrate 1 and the black contrast part 2 are compared, it turns out that the black contrast part 2 is a silicon alloy layer which lost crystallinity.
一方、p型の炭化珪素半導体基板1における原子濃度を基準として比較すると、白いコントラスト部3における原子濃度の組成は、珪素およびカーボン(以下Cと称する場合がある)の組成比がp型の炭化珪素半導体基板1における原子濃度の組成と比較すると少なく、アルミニウムを含むチタニウム合金層であることが分かる。 On the other hand, when compared with the atomic concentration in p-type silicon carbide semiconductor substrate 1 as a reference, the composition of atomic concentration in white contrast portion 3 is carbonized in which the composition ratio of silicon and carbon (hereinafter sometimes referred to as C) is p-type. Compared with the composition of the atomic concentration in the silicon semiconductor substrate 1, it can be seen that it is a titanium alloy layer containing aluminum.
上記のような組成であるオーミック電極4が形成される理由としては、パルスレーザー光が照射される金属膜の最表層には融点の高いチタニウムがあるため、レーザー光によるアブレーションを抑制することができ、p型の炭化珪素半導体基板1と接触しているアルミニウムが炭化珪素と反応することでアルミニウムを含む珪素合金層200cを形成するとともに、炭化珪素半導体基板1を構成していた珪素および炭素の一部と、反応せずに残ったアルミニウムおよびチタニウムとで、アルミニウムを含むチタニウム合金層200dを形成したものと考えられる。 The reason why the ohmic electrode 4 having the above composition is formed is that the outermost layer of the metal film irradiated with the pulsed laser light contains titanium having a high melting point, so that ablation by the laser light can be suppressed. Then, aluminum in contact with p-type silicon carbide semiconductor substrate 1 reacts with silicon carbide to form silicon alloy layer 200c containing aluminum, and one of silicon and carbon constituting silicon carbide semiconductor substrate 1 It is considered that the titanium alloy layer 200d containing aluminum was formed by the portion and aluminum and titanium remaining without reacting.
このようにして、p型の炭化珪素半導体基板1に対して低抵抗なオーミック電極4が形成されると考えられる。オーミック電極4の抵抗値と、アルミニウムを含む珪素合金層200cの厚みおよびアルミニウムを含むチタニウム合金層200dの厚みとの関係を評価したところ、アルミニウムを含む珪素合金層200cの厚みがアルミニウムを含むチタニウム合金層200dの厚みよりも厚い方が、オーミック電極4の抵抗値が低くなることを見出した。 Thus, it is considered that the ohmic electrode 4 having a low resistance with respect to the p-type silicon carbide semiconductor substrate 1 is formed. When the relationship between the resistance value of the ohmic electrode 4 and the thickness of the silicon alloy layer 200c containing aluminum and the thickness of the titanium alloy layer 200d containing aluminum was evaluated, the thickness of the silicon alloy layer 200c containing aluminum is a titanium alloy containing aluminum. It has been found that the resistance value of the ohmic electrode 4 is lower when the thickness is larger than the thickness of the layer 200d.
このことから、アルミニウムを含む珪素合金層200cの厚みがアルミニウムを含むチタニウム合金層200dの厚みよりも厚い方が望ましく、たとえば、アルミニウムを含む珪素合金層200cの厚みが、アルミニウムを含むチタニウム合金層200dの厚みの1.5倍程度以上であることが望ましい。 Therefore, it is desirable that the thickness of the silicon alloy layer 200c containing aluminum is larger than the thickness of the titanium alloy layer 200d containing aluminum. For example, the thickness of the silicon alloy layer 200c containing aluminum is 200d. It is desirable that the thickness is about 1.5 times or more.
図19は、レーザーアニールによって形成されたオーミック電極の、図17に示される領域とは異なる領域における断面TEM像を示す図である。図19におけるオーミック電極6を形成するにあたり、堆積させる金属膜は上記の図17における場合と同様であるが、レーザー光の重ね合わせにおいて、ビーム幅が70μmである方向にビーム幅の80%ずつ重ねて照射し、ライン状のオーミック電極を形成させた後、ビーム径が180μmである方向にビーム幅の50%ずつ重ねて照射させることで、2本のライン状のオーミック電極を形成させる。 FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional TEM image of an ohmic electrode formed by laser annealing in a region different from the region shown in FIG. In forming the ohmic electrode 6 in FIG. 19, the metal film to be deposited is the same as in the case of FIG. 17, but in the superposition of the laser light, the beam width is overlapped by 80% in the direction of 70 μm. After forming a line-shaped ohmic electrode, two line-shaped ohmic electrodes are formed by overlapping and irradiating 50% of the beam width in the direction in which the beam diameter is 180 μm.
図19に示されるオーミック電極6には、黒いコントラスト部2のみが存在する領域がある。黒いコントラスト部2における原子濃度は図18に示される場合と同様であり、黒いコントラスト部2はアルミニウムを含む珪素合金層であることが分かる。 The ohmic electrode 6 shown in FIG. 19 has a region where only the black contrast portion 2 exists. The atomic concentration in the black contrast portion 2 is the same as that shown in FIG. 18, and it can be seen that the black contrast portion 2 is a silicon alloy layer containing aluminum.
これは、レーザー光を重ね合わせて照射することで形成された、アルミニウムを含む珪素合金層と、アルミニウムを含むチタニウム合金層との2層からなるオーミック電極4上にさらにレーザー光が重ね合わせられて照射されたため、アルミニウムを含むチタニウム合金層200dが溶解し、アルミニウムを含む珪素合金層200cのみになったものと考えられる。この場合でも、レーザー光はアルミニウムを含むチタニウム合金層200dのみに照射されるため、アルミニウムの組成比に大きな変化はなく、低抵抗なオーミック電極6が形成される。 This is because the laser light is further superimposed on the ohmic electrode 4 formed of two layers of a silicon alloy layer containing aluminum and a titanium alloy layer containing aluminum, which is formed by irradiating the laser light in a superimposed manner. Since it was irradiated, it is considered that the titanium alloy layer 200d containing aluminum was dissolved and only the silicon alloy layer 200c containing aluminum was formed. Even in this case, since the laser light is irradiated only to the titanium alloy layer 200d containing aluminum, the composition ratio of aluminum is not greatly changed, and the low-resistance ohmic electrode 6 is formed.
次に、図16に示されるように、裏面電極500を、珪素合金層200cとチタニウム合金層200dとからなるオーミック電極200の全面に形成する。ここでは、ニッケル(Ni)、金(Au)の順に金属膜を堆積することで裏面電極500が形成される。ニッケル(Ni)および金(Au)の厚みはそれぞれ、たとえば、700nm程度および200nm程度があるが、その他の厚みであってもよい。 Next, as shown in FIG. 16, the back electrode 500 is formed on the entire surface of the ohmic electrode 200 composed of the silicon alloy layer 200c and the titanium alloy layer 200d. Here, the back electrode 500 is formed by depositing a metal film in the order of nickel (Ni) and gold (Au). The thicknesses of nickel (Ni) and gold (Au) are, for example, about 700 nm and about 200 nm, respectively, but other thicknesses may be used.
以上により、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置が完成する。 Thus, the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment is completed.
<第2実施形態>
以下では、上記実施形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略する。
Second Embodiment
In the following, the same components as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
本実施形態では、上記の実施形態における方法とは異なる、炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。 In the present embodiment, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, which is different from the method in the above embodiment, will be described.
第1実施形態では、n型の炭化珪素半導体基板10上にp型炭化珪素エピタキシャル層11を形成し、その上にn型炭化珪素エピタキシャル層12を形成した炭化珪素基体14を用意して、炭化珪素半導体装置を製造する方法について説明されている。炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては当該方法以外の方法が用いられてもよく、たとえば、本実施形態で説明されるような、p型の炭化珪素半導体基板上にn型の炭化珪素エピタキシャル層を形成した炭化珪素基体を用意して、炭化珪素半導体装置を製造する方法であってもよい。 In the first embodiment, a silicon carbide substrate 14 having a p-type silicon carbide epitaxial layer 11 formed on an n-type silicon carbide semiconductor substrate 10 and an n-type silicon carbide epitaxial layer 12 formed thereon is prepared, and carbonized. A method of manufacturing a silicon semiconductor device is described. In manufacturing the silicon carbide semiconductor device, a method other than the method may be used. For example, an n-type silicon carbide epitaxial layer is formed on a p-type silicon carbide semiconductor substrate as described in the present embodiment. A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device by preparing a formed silicon carbide substrate may be used.
図20は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の各製造工程における、活性領域の断面および終端領域の断面を模式的に示す図である。本実施形態では、図20に示されるように、炭化珪素基体15を用意する。炭化珪素基体15は、表面の面方位が(0001)面から4°または8°オフし、4Hのポリタイプを有するp型で低抵抗の炭化珪素半導体基板110の表面110a上に、CVD法により、1×1014cm−3程度以上1×1017cm−3程度以下のn型の不純物濃度であり、10μm程度以上200μm程度以下の厚さであるn型炭化珪素エピタキシャル層12が形成された構造である。 FIG. 20 is a diagram schematically showing a cross section of the active region and a cross section of the termination region in each manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 20, a silicon carbide substrate 15 is prepared. Silicon carbide substrate 15 has a surface orientation of 4 ° or 8 ° off from the (0001) plane, and is formed on surface 110a of p-type low-resistance silicon carbide semiconductor substrate 110 having a 4H polytype by CVD. An n-type silicon carbide epitaxial layer 12 having an n-type impurity concentration of about 1 × 10 14 cm −3 to about 1 × 10 17 cm −3 and a thickness of about 10 μm to about 200 μm is formed. Structure.
炭化珪素基体15を用いて炭化珪素半導体装置を製造するにあたり、n型炭化珪素エピタキシャル層12上に形成する構造は第1実施形態に説明される場合と同様であり、さらに、図5から図12に示される処理と同様の処理が行われ、MOSFET構造が形成される。 In manufacturing a silicon carbide semiconductor device using silicon carbide substrate 15, the structure formed on n-type silicon carbide epitaxial layer 12 is the same as that described in the first embodiment. Further, FIGS. A process similar to that shown in FIG. 6 is performed to form a MOSFET structure.
次に、MOSFET構造が形成された炭化珪素基体15において、MOSFET構造を有する表面とは反対側の面である裏面において、オーミック電極が形成される。オーミック電極が形成される際、p型の炭化珪素半導体基板110に直接オーミック電極が形成される場合であってもよい。また、p型の炭化珪素半導体基板110の一部を研削などにより除去した後、オーミック電極が形成されてもよい。 Next, in the silicon carbide substrate 15 on which the MOSFET structure is formed, an ohmic electrode is formed on the back surface that is the surface opposite to the surface having the MOSFET structure. When the ohmic electrode is formed, the ohmic electrode may be formed directly on the p-type silicon carbide semiconductor substrate 110. Alternatively, the ohmic electrode may be formed after part of p-type silicon carbide semiconductor substrate 110 is removed by grinding or the like.
オーミック電極の形成方法は、第1実施形態に示される場合と同様であり、アルミニウムとチタニウムとが順に堆積された後、レーザー光が照射される。各金属膜の厚みおよびレーザー光の照射条件などは、第1実施形態に示される場合と同様である。 The formation method of the ohmic electrode is the same as that shown in the first embodiment. After aluminum and titanium are sequentially deposited, the laser light is irradiated. The thickness of each metal film, the irradiation condition of the laser beam, and the like are the same as those shown in the first embodiment.
最後に、レーザーアニールにより形成されたオーミック電極の全面に裏面電極500が形成させる。裏面電極の材料および厚みなどは、第1実施形態に示される場合と同様である。 Finally, the back electrode 500 is formed on the entire surface of the ohmic electrode formed by laser annealing. The material and thickness of the back electrode are the same as those shown in the first embodiment.
以上により、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置が完成する。 Thus, the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment is completed.
<第3実施形態>
以下では、上記各実施形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略する。
<Third Embodiment>
In the following, the same components as those described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
第1実施形態および第2実施形態においては、炭化珪素半導体装置に含まれるIGBTに関して説明されたが、本実施形態においては、PiNダイオードの製造過程におけるp型の炭化珪素層へのオーミック電極形成について、上記の手法を適用する場合を図21から図27を参照しつつ説明する。 In the first embodiment and the second embodiment, the IGBT included in the silicon carbide semiconductor device has been described. In this embodiment, the ohmic electrode is formed on the p-type silicon carbide layer in the manufacturing process of the PiN diode. A case where the above-described method is applied will be described with reference to FIGS.
図21から図27は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の各製造工程における、断面構造を模式的に示す図である。 FIG. 21 to FIG. 27 are diagrams schematically showing a cross-sectional structure in each manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment.
表面の面方位が(0001)面から4°または8°オフし、4Hのポリタイプを有するn型で低抵抗の炭化珪素半導体基板10の表面10a上に、図21に示されるように、CVD法により、1×1013cm−3程度以上1×1016cm−3程度以下のn型の不純物濃度であり、5μm程度以上300μm程度以下の厚さであるn型炭化珪素エピタキシャル層212を成長させる。さらに、n型炭化珪素エピタキシャル層212の表面212a上に、CVD法により、5×1017cm−3程度以上1×1021cm−3程度以下のp型の不純物濃度であり、1μm程度以上50μm程度以下の厚さであるp型炭化珪素エピタキシャル層211を成長させる。n型炭化珪素エピタキシャル層212上にp型炭化珪素エピタキシャル層211が形成された構造を炭化珪素エピタキシャル基体16と称することができる。 As shown in FIG. 21, CVD is performed on the surface 10a of the n-type low-resistance silicon carbide semiconductor substrate 10 having a surface orientation of 4 ° or 8 ° off from the (0001) plane and having a 4H polytype. The n-type silicon carbide epitaxial layer 212 having an n-type impurity concentration of about 1 × 10 13 cm −3 to about 1 × 10 16 cm −3 and a thickness of about 5 μm to about 300 μm is grown by the method. Let Further, a p-type impurity concentration of about 5 × 10 17 cm −3 or more and about 1 × 10 21 cm −3 or less is formed on the surface 212a of the n-type silicon carbide epitaxial layer 212 by a CVD method, and is about 1 μm or more and 50 μm or more. A p-type silicon carbide epitaxial layer 211 having a thickness less than or equal to the thickness is grown. A structure in which p-type silicon carbide epitaxial layer 211 is formed on n-type silicon carbide epitaxial layer 212 can be referred to as silicon carbide epitaxial substrate 16.
以上により、n型の炭化珪素半導体基板10上に炭化珪素エピタキシャル基体16が形成された、炭化珪素基体17を用意する。 Thus, silicon carbide substrate 17 in which silicon carbide epitaxial substrate 16 is formed on n-type silicon carbide semiconductor substrate 10 is prepared.
次に、メサ構造の形成について説明する。図22に示されるように、p型炭化珪素エピタキシャル層211の表面211bにおいてエッチング用マスク(ここでは図示せず)を形成し、p型炭化珪素エピタキシャル層211およびn型炭化珪素エピタキシャル層212をエッチングする。エッチングする深さは、p型炭化珪素エピタキシャル層211を超えてn型炭化珪素エピタキシャル層212が露出するまでとする。エッチング方法は、たとえば、ドライエッチングなどがある。 Next, formation of the mesa structure will be described. As shown in FIG. 22, an etching mask (not shown here) is formed on surface 211b of p-type silicon carbide epitaxial layer 211, and p-type silicon carbide epitaxial layer 211 and n-type silicon carbide epitaxial layer 212 are etched. To do. The depth to be etched is beyond the p-type silicon carbide epitaxial layer 211 until the n-type silicon carbide epitaxial layer 212 is exposed. Examples of the etching method include dry etching.
次に、終端領域の形成について説明する。図23に示されるように、メサ構造を形成したp型炭化珪素エピタキシャル層211およびn型炭化珪素エピタキシャル層212の表面上に注入用マスク(ここでは図示せず)を形成し、p型の不純物であるアルミニウムをイオン注入する。アルミニウムを注入する領域は、露出したn型炭化珪素エピタキシャル層212の表層と、一部のp型炭化珪素エピタキシャル層211の表層に亘る領域とする。アルミニウムのイオン注入深さは、0.1μm程度以上3μm程度以下とする。また、イオン注入されたアルミニウムの不純物濃度は、1×1016cm−3程度以上1×1018cm−3程度以下の範囲とする。このように形成されたイオン注入領域は、耐圧を維持させるためのものであり、終端領域220とする。 Next, formation of the termination region will be described. As shown in FIG. 23, an implantation mask (not shown here) is formed on the surfaces of p-type silicon carbide epitaxial layer 211 and n-type silicon carbide epitaxial layer 212 having a mesa structure to form p-type impurities. An aluminum ion is implanted. The region into which aluminum is implanted is a region extending from the exposed surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 212 and the surface layer of part of p-type silicon carbide epitaxial layer 211. The ion implantation depth of aluminum is about 0.1 μm or more and about 3 μm or less. The impurity concentration of the ion-implanted aluminum is in the range of about 1 × 10 16 cm −3 to about 1 × 10 18 cm −3 . The ion-implanted region formed in this way is for maintaining a withstand voltage, and is defined as a termination region 220.
注入マスクの除去を行った後、熱処理装置を用いてアルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガス雰囲気中1300℃程度以上1900℃程度以下、30秒程度以上1時間程度以下のアニール処理を行う。当該アニール処理により、イオン注入されたアルミニウムが活性化される。 After removing the implantation mask, an annealing process is performed by using a heat treatment apparatus in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) gas for about 1300 ° C. to about 1900 ° C. for about 30 seconds to about 1 hour. The ion-implanted aluminum is activated by the annealing treatment.
次に、終端領域220に形成される酸化膜について説明する。図24に示されるように、CVD法などによって二酸化珪素(SiO2)などからなる酸化膜250を形成する。その後、エッチングマスク(ここでは図示せず)を形成し、ドライエッチングまたはフッ化水素酸(HF)を用いたウエットエッチングにより、p型炭化珪素エピタキシャル層211の一部を露出させる。酸化膜250の形成領域は、炭化珪素半導体装置の終端領域220上のメサ構造全域を覆い、一部がp型炭化珪素エピタキシャル層211の表面211bを覆う領域とする。 Next, the oxide film formed in the termination region 220 will be described. As shown in FIG. 24, an oxide film 250 made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like is formed by a CVD method or the like. Thereafter, an etching mask (not shown here) is formed, and a part of p-type silicon carbide epitaxial layer 211 is exposed by dry etching or wet etching using hydrofluoric acid (HF). A region where oxide film 250 is formed covers the entire mesa structure on termination region 220 of the silicon carbide semiconductor device, and a region partially covers surface 211b of p-type silicon carbide epitaxial layer 211.
次に、p型炭化珪素エピタキシャル層211へのオーミック電極形成について説明する。図25に示されるように、p型炭化珪素エピタキシャル層211の表面211b全面に、アルミニウムとチタニウムとを順に堆積させる。堆積させる電極構成は第1実施形態に示される場合と同様であり、たとえば、アルミニウム電極層200a(ここでは図示せず)を50nm程度、チタニウム電極層200b(ここでは図示せず)を30nm程度とする。酸化膜250上のアルミニウム電極層およびチタニウム電極層に関しては、エッチングマスク(ここでは図示せず)を形成した上で、フッ化水素酸またはアルミニウムエッチング液などで除去することができる。 Next, the formation of ohmic electrodes on the p-type silicon carbide epitaxial layer 211 will be described. As shown in FIG. 25, aluminum and titanium are sequentially deposited on the entire surface 211 b of p-type silicon carbide epitaxial layer 211. The electrode configuration to be deposited is the same as that shown in the first embodiment. For example, the aluminum electrode layer 200a (not shown here) is about 50 nm, and the titanium electrode layer 200b (not shown here) is about 30 nm. To do. The aluminum electrode layer and the titanium electrode layer on the oxide film 250 can be removed with hydrofluoric acid or an aluminum etchant after forming an etching mask (not shown here).
その後、レーザー光照射によりp型炭化珪素エピタキシャル層211上にオーミック電極1200を形成する。レーザー光の照射条件は、第1実施形態に示される場合と同様である。 Thereafter, ohmic electrode 1200 is formed on p-type silicon carbide epitaxial layer 211 by laser light irradiation. The laser light irradiation conditions are the same as those shown in the first embodiment.
次に、n型の炭化珪素半導体基板10の裏面10b上に裏面オーミック電極を形成する工程を説明する。図26に示されるように、n型の炭化珪素半導体基板10の裏面10b側から、n型の炭化珪素半導体基板10の一部を研削により除去してもよい。研削方法は、第1実施形態に示された方法と同様である。 Next, the process of forming a back surface ohmic electrode on back surface 10b of n-type silicon carbide semiconductor substrate 10 will be described. As shown in FIG. 26, part of n-type silicon carbide semiconductor substrate 10 may be removed by grinding from back surface 10b side of n-type silicon carbide semiconductor substrate 10. The grinding method is the same as the method shown in the first embodiment.
研削後、n型の炭化珪素半導体基板10の裏面10b全面に金属膜を堆積させる。材料としては、n型の炭化珪素層と低抵抗なオーミック電極を形成するものであればよく、たとえば、ニッケル(Ni)膜を100nm程度堆積させる。 After grinding, a metal film is deposited on the entire back surface 10b of n-type silicon carbide semiconductor substrate 10. Any material can be used as long as it forms an n-type silicon carbide layer and a low-resistance ohmic electrode. For example, a nickel (Ni) film is deposited to a thickness of about 100 nm.
その後、当該ニッケル(Ni)膜上にレーザー光を照射させることで、低抵抗なオーミック電極2200を形成する。レーザー光の照射条件は、たとえば、オーミック電極1200が形成される際の条件と同様である。 Then, the low resistance ohmic electrode 2200 is formed by irradiating the nickel (Ni) film with laser light. Laser light irradiation conditions are the same as, for example, the conditions when the ohmic electrode 1200 is formed.
n型の炭化珪素層へのオーミック電極形成の方法として、ここではレーザーアニールが説明されたが、ラピットサーマルアニール(rapid thermal anneal、すなわちRTA)であってもよい。 Although laser annealing has been described here as a method for forming an ohmic electrode on an n-type silicon carbide layer, rapid thermal annealing (RTA) may be used.
次に、PiNダイオードの最終工程について説明する。図27に示されるように、p型炭化珪素エピタキシャル層211上に形成されたオーミック電極1200上に、さらに、配線電極300を成膜する。配線電極300の材料は、たとえば、アルミニウムなどがある。エッチング用マスク(ここでは図示せず)を形成し、酸化膜250上の配線電極をアルミニウムエッチング液などで除去してもよい。さらに、耐圧を維持させるために、ポリイミドなどからなる絶縁膜400を終端領域付近に堆積させてもよい。 Next, the final process of the PiN diode will be described. As shown in FIG. 27, wiring electrode 300 is further formed on ohmic electrode 1200 formed on p-type silicon carbide epitaxial layer 211. Examples of the material of the wiring electrode 300 include aluminum. An etching mask (not shown here) may be formed, and the wiring electrode on the oxide film 250 may be removed with an aluminum etchant or the like. Furthermore, an insulating film 400 made of polyimide or the like may be deposited in the vicinity of the termination region in order to maintain the breakdown voltage.
最後に、n型の炭化珪素半導体基板10の裏面10b上に形成したオーミック電極2200上に、裏面電極500を形成する。ここでは、ニッケル(Ni)、金(Au)の順に堆積させることで裏面電極500を形成する。ニッケル(Ni)および金(Au)の厚みはそれぞれ、たとえば、700nm程度および200nm程度であるが、その他の厚みであってもよい。 Finally, back electrode 500 is formed on ohmic electrode 2200 formed on back surface 10 b of n-type silicon carbide semiconductor substrate 10. Here, the back electrode 500 is formed by depositing nickel (Ni) and gold (Au) in this order. The thicknesses of nickel (Ni) and gold (Au) are, for example, about 700 nm and about 200 nm, respectively, but other thicknesses may be used.
以上により、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置が完成する。 Thus, the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment is completed.
<効果>
以下に、上記の実施形態による効果を例示する。
<Effect>
Below, the effect by said embodiment is illustrated.
上記の実施形態によれば、炭化珪素半導体装置が、p型の炭化珪素半導体層に含まれるp型炭化珪素エピタキシャル層11と、オーミック電極200とを備える。 According to the above embodiment, the silicon carbide semiconductor device includes the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 included in the p-type silicon carbide semiconductor layer and the ohmic electrode 200.
オーミック電極200は、p型炭化珪素エピタキシャル層11の表面上にオーミック接触して形成される。また、オーミック電極200は、p型炭化珪素エピタキシャル層11と接触して形成され、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層200cと、珪素合金層200cと接触して形成され、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層200dとを備える。 Ohmic electrode 200 is formed in ohmic contact on the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 11. In addition, ohmic electrode 200 is formed in contact with p-type silicon carbide epitaxial layer 11, formed in contact with silicon alloy layer 200 c containing aluminum and silicon, silicon alloy layer 200 c, and aluminum. A titanium alloy layer 200d containing titanium.
また、上記の実施形態によれば、炭化珪素半導体装置が、p型の炭化珪素半導体層に含まれるp型炭化珪素エピタキシャル層211と、オーミック電極1200とを備える。 According to the above embodiment, the silicon carbide semiconductor device includes p-type silicon carbide epitaxial layer 211 included in the p-type silicon carbide semiconductor layer, and ohmic electrode 1200.
オーミック電極1200は、p型炭化珪素エピタキシャル層211の表面上にオーミック接触して形成される。また、オーミック電極1200は、p型炭化珪素エピタキシャル層211と接触して形成され、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層200cと、珪素合金層200cと接触して形成され、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層200dとを備える。 Ohmic electrode 1200 is formed in ohmic contact on the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 211. Ohmic electrode 1200 is formed in contact with p-type silicon carbide epitaxial layer 211, is formed in contact with silicon alloy layer 200c containing aluminum and silicon, silicon alloy layer 200c, and is formed of aluminum. A titanium alloy layer 200d containing titanium.
このような構成によれば、オーミック電極200およびオーミック電極1200が、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層200cと、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層200dとを備えているため、オーミック電極を低抵抗化できる。 According to such a configuration, the ohmic electrode 200 and the ohmic electrode 1200 include the silicon alloy layer 200c containing aluminum and silicon and the titanium alloy layer 200d containing aluminum and titanium. Can be resistance.
なお、これらの構成以外の構成については適宜省略することができるが、本明細書に示される少なくとも1つの他の構成を適宜追加した場合でも、上記の効果を生じさせることができる。 Note that configurations other than these configurations can be omitted as appropriate, but the above-described effects can be produced even when at least one other configuration shown in this specification is added as appropriate.
また、上記の実施形態によれば、オーミック電極200は、チタニウム合金層200dとなる層にレーザー光を照射するアニール処理によって形成される。 Moreover, according to said embodiment, the ohmic electrode 200 is formed by the annealing process which irradiates a laser beam to the layer used as the titanium alloy layer 200d.
このような構成によれば、比較的融点の高いチタニウム電極層200bに対してレーザー光を照射するアニール処理を行うため、レーザー光が照射されることによって生じるアブレーションを抑制することができる。 According to such a configuration, since the annealing process for irradiating laser light to the titanium electrode layer 200b having a relatively high melting point is performed, ablation caused by irradiating the laser light can be suppressed.
また、上記の実施形態によれば、珪素合金層200cの厚みが、チタニウム合金層200dの厚みよりも厚い。 Moreover, according to said embodiment, the thickness of the silicon alloy layer 200c is thicker than the thickness of the titanium alloy layer 200d.
このような構成によれば、形成されるオーミック電極の抵抗値を低くすることができる。 According to such a configuration, the resistance value of the formed ohmic electrode can be lowered.
また、上記の実施形態によれば、珪素合金層200cの厚みが、チタニウム合金層200dの厚みの1.5倍以上である。 Moreover, according to said embodiment, the thickness of the silicon alloy layer 200c is 1.5 times or more of the thickness of the titanium alloy layer 200d.
このような構成によれば、形成されるオーミック電極の抵抗値を低くすることができる。 According to such a configuration, the resistance value of the formed ohmic electrode can be lowered.
また、上記の実施形態によれば、炭化珪素半導体装置が、n型の炭化珪素エピタキシャル層に含まれるn型炭化珪素エピタキシャル層12と、複数のp型のベース領域30と、n型のソース領域40と、ゲート電極70と、ソース電極100とを備える。 According to the above embodiment, the silicon carbide semiconductor device includes an n-type silicon carbide epitaxial layer 12 included in the n-type silicon carbide epitaxial layer, a plurality of p-type base regions 30, and an n-type source region. 40, a gate electrode 70, and a source electrode 100.
n型炭化珪素エピタキシャル層12は、炭化珪素半導体層に含まれるp型炭化珪素エピタキシャル層11の表面とは反対側の面である反対表面上に形成される。 N-type silicon carbide epitaxial layer 12 is formed on the opposite surface which is the surface opposite to the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 11 included in the silicon carbide semiconductor layer.
ベース領域30は、n型炭化珪素エピタキシャル層12の、p型炭化珪素エピタキシャル層11と接触する側とは反対側の表層に互いに離間して形成される。ソース領域40は、各ベース領域30の表層に形成される。 Base region 30 is formed on the surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 opposite to the side in contact with p-type silicon carbide epitaxial layer 11 so as to be separated from each other. The source region 40 is formed on the surface layer of each base region 30.
ゲート電極70は、各ソース領域40とn型炭化珪素エピタキシャル層12とに挟まれた各ベース領域30の表面上に、ゲート絶縁膜60を介して形成される。ソース電極100は、各ベース領域30の表面上と、各ソース領域40の表面上とを亘って形成される。 Gate electrode 70 is formed on the surface of each base region 30 sandwiched between each source region 40 and n-type silicon carbide epitaxial layer 12 via gate insulating film 60. The source electrode 100 is formed across the surface of each base region 30 and the surface of each source region 40.
このような構成によれば、低抵抗なオーミック電極を備えるIGBTを得ることができる。 According to such a configuration, an IGBT including a low-resistance ohmic electrode can be obtained.
また、上記の実施形態によれば、炭化珪素半導体装置が、n型の炭化珪素エピタキシャル層に含まれるn型炭化珪素エピタキシャル層212と、n型の炭化珪素半導体基板10と、電極層に含まれるオーミック電極2200とを備える。 According to the above embodiment, the silicon carbide semiconductor device is included in the n-type silicon carbide epitaxial layer 212 included in the n-type silicon carbide epitaxial layer, the n-type silicon carbide semiconductor substrate 10, and the electrode layer. And an ohmic electrode 2200.
n型のn型炭化珪素エピタキシャル層212は、p型炭化珪素エピタキシャル層211の表面とは反対側の面である反対表面上に形成される。 N-type n-type silicon carbide epitaxial layer 212 is formed on the surface opposite to the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 211.
n型の炭化珪素半導体基板10は、n型炭化珪素エピタキシャル層212の、p型炭化珪素エピタキシャル層211と接触する側とは反対側の面である反対表面上に形成される。 N-type silicon carbide semiconductor substrate 10 is formed on the opposite surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 212 that is the surface opposite to the side in contact with p-type silicon carbide epitaxial layer 211.
オーミック電極2200は、炭化珪素半導体基板10の、n型炭化珪素エピタキシャル層212と接触する側とは反対側の面である反対表面上にオーミック接触して形成される。 Ohmic electrode 2200 is formed in ohmic contact on the opposite surface of silicon carbide semiconductor substrate 10 that is opposite to the side in contact with n-type silicon carbide epitaxial layer 212.
このような構成によれば、低抵抗なオーミック電極を備えるPiNダイオードを得ることができる。 According to such a configuration, a PiN diode including a low-resistance ohmic electrode can be obtained.
また、上記の実施形態によれば、炭化珪素半導体装置の製造方法において、p型炭化珪素エピタキシャル層11を形成する。そして、p型炭化珪素エピタキシャル層11の表面上にアルミニウム層に含まれるアルミニウム電極層200aを形成する。そして、アルミニウム電極層200aの表面上にチタニウム層に含まれるチタニウム電極層200bを形成する。 Moreover, according to said embodiment, the p-type silicon carbide epitaxial layer 11 is formed in the manufacturing method of a silicon carbide semiconductor device. Then, an aluminum electrode layer 200 a included in the aluminum layer is formed on the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 11. Then, a titanium electrode layer 200b included in the titanium layer is formed on the surface of the aluminum electrode layer 200a.
そして、アニール処理によって、p型炭化珪素エピタキシャル層11と接触し、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層200cと、珪素合金層200cと接触し、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層200dとを形成する。 Then, by annealing, the silicon alloy layer 200c containing aluminum and silicon is in contact with the p-type silicon carbide epitaxial layer 11, and the titanium alloy layer containing aluminum and titanium is in contact with the silicon alloy layer 200c. 200d.
また、上記の実施形態によれば、炭化珪素半導体装置の製造方法において、p型炭化珪素エピタキシャル層211を形成する。そして、p型炭化珪素エピタキシャル層211の表面上にアルミニウム電極層200aを形成する。そして、アルミニウム電極層200aの表面上にチタニウム電極層200bを形成する。 Moreover, according to said embodiment, the p-type silicon carbide epitaxial layer 211 is formed in the manufacturing method of a silicon carbide semiconductor device. Then, aluminum electrode layer 200a is formed on the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 211. Then, a titanium electrode layer 200b is formed on the surface of the aluminum electrode layer 200a.
そして、アニール処理によって、p型炭化珪素エピタキシャル層211と接触し、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層200cと、珪素合金層200cと接触し、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層200dとを形成する。 Then, by annealing, the p-type silicon carbide epitaxial layer 211 is in contact with the silicon alloy layer 200c containing aluminum and silicon, and the silicon alloy layer 200c is in contact with the aluminum alloy layer 200c and the titanium alloy layer containing aluminum and titanium. 200d.
このような構成によれば、アニール処理によって、珪素合金層200cとチタニウム合金層200dとを形成する場合に、p型炭化珪素エピタキシャル層211と接触する側とは反対側に位置する層が融点の高いチタニウムを含む層であるため、温度上昇に伴うアブレーションを抑制でき、形成されるオーミック電極の組成が大幅に変動することがない。よって、p型の炭化珪素半導体層に対し、安定的に低抵抗なオーミック電極を形成することができる。 According to such a configuration, when the silicon alloy layer 200c and the titanium alloy layer 200d are formed by annealing, the layer located on the side opposite to the side in contact with the p-type silicon carbide epitaxial layer 211 has a melting point. Since it is a layer containing high titanium, ablation accompanying temperature rise can be suppressed, and the composition of the ohmic electrode formed does not fluctuate significantly. Therefore, an ohmic electrode having a low resistance can be stably formed on the p-type silicon carbide semiconductor layer.
また、上記の実施形態によれば、アニール処理が、チタニウム電極層200bにレーザー光を照射し、珪素合金層200cと、チタニウム合金層200dとを形成する処理である。 Further, according to the above embodiment, the annealing process is a process of irradiating the titanium electrode layer 200b with laser light to form the silicon alloy layer 200c and the titanium alloy layer 200d.
このような構成によれば、比較的融点の高いチタニウム電極層200bに対してレーザー光を照射するアニール処理を行うため、レーザー光が照射されることによって生じるアブレーションを抑制することができる。 According to such a configuration, since the annealing process for irradiating laser light to the titanium electrode layer 200b having a relatively high melting point is performed, ablation caused by irradiating the laser light can be suppressed.
また、上記の実施形態によれば、チタニウム電極層200bに照射されるレーザー光のエネルギーが、1.6J/cm2よりも大きい。 Moreover, according to said embodiment, the energy of the laser beam irradiated to the titanium electrode layer 200b is larger than 1.6 J / cm < 2 >.
このような構成によれば、適切にオーミック電極を形成することができる。 According to such a configuration, an ohmic electrode can be appropriately formed.
また、上記の実施形態によれば、p型炭化珪素エピタキシャル層11の表面とは反対側の面である反対表面上に、n型のn型炭化珪素エピタキシャル層12を形成する。そして、n型炭化珪素エピタキシャル層12の、p型炭化珪素エピタキシャル層11と接触する側とは反対側の表層に、互いに離間するp型のベース領域30を複数形成する。そして、各ベース領域30の表層に、n型のソース領域40を形成する。そして、各ソース領域40とn型炭化珪素エピタキシャル層12とに挟まれた各ベース領域30の表面上に、ゲート絶縁膜60を介してゲート電極70を形成する。そして、各ベース領域30の表面上と、各ソース領域40の表面上とを亘って、ソース電極100を形成する。 Further, according to the above embodiment, n-type n-type silicon carbide epitaxial layer 12 is formed on the surface opposite to the surface of p-type silicon carbide epitaxial layer 11. Then, a plurality of p-type base regions 30 that are separated from each other are formed on the surface layer of n-type silicon carbide epitaxial layer 12 opposite to the side in contact with p-type silicon carbide epitaxial layer 11. Then, an n-type source region 40 is formed on the surface layer of each base region 30. Then, a gate electrode 70 is formed on the surface of each base region 30 sandwiched between each source region 40 and n-type silicon carbide epitaxial layer 12 via a gate insulating film 60. Then, the source electrode 100 is formed across the surface of each base region 30 and the surface of each source region 40.
このような構成によれば、低抵抗なオーミック電極を備えるIGBTを得ることができる。 According to such a configuration, an IGBT including a low-resistance ohmic electrode can be obtained.
また、上記の実施形態によれば、p型炭化珪素エピタキシャル層11が、n型の炭化珪素半導体基板10からのエピタキシャル成長によって形成される層であり、炭化珪素半導体基板10が、p型炭化珪素エピタキシャル層11の表面上にアルミニウム電極層200aを形成する前に除去される。 According to the above embodiment, p-type silicon carbide epitaxial layer 11 is a layer formed by epitaxial growth from n-type silicon carbide semiconductor substrate 10, and silicon carbide semiconductor substrate 10 is p-type silicon carbide epitaxial. It is removed before forming the aluminum electrode layer 200a on the surface of the layer 11.
このような構成によれば、低抵抗なオーミック電極を備えるIGBTを得ることができる。 According to such a configuration, an IGBT including a low-resistance ohmic electrode can be obtained.
また、上記の実施形態によれば、n型炭化珪素エピタキシャル層12が、炭化珪素半導体層に含まれる炭化珪素半導体基板110からのエピタキシャル成長によって形成される層であり、炭化珪素半導体基板110の表面が、当該表面上にアルミニウム電極層200aを形成する前に少なくとも一部除去される。 According to the above embodiment, n-type silicon carbide epitaxial layer 12 is a layer formed by epitaxial growth from silicon carbide semiconductor substrate 110 included in the silicon carbide semiconductor layer, and the surface of silicon carbide semiconductor substrate 110 is The aluminum electrode layer 200a is at least partially removed before the surface is formed.
このような構成によれば、低抵抗なオーミック電極を備えるIGBTを得ることができる。 According to such a configuration, an IGBT including a low-resistance ohmic electrode can be obtained.
また、上記の実施形態によれば、p型炭化珪素エピタキシャル層211は、n型のn型炭化珪素エピタキシャル層212の表面上に形成される。そして、n型炭化珪素エピタキシャル層212は、n型の炭化珪素半導体基板10の表面上に形成される。そして、炭化珪素半導体基板10の、n型炭化珪素エピタキシャル層212と接触する側とは反対側の面である反対表面上に、オーミック接触するオーミック電極2200を形成する。 According to the above embodiment, p type silicon carbide epitaxial layer 211 is formed on the surface of n type n type silicon carbide epitaxial layer 212. Then, n type silicon carbide epitaxial layer 212 is formed on the surface of n type silicon carbide semiconductor substrate 10. Then, ohmic electrode 2200 that is in ohmic contact is formed on the opposite surface of silicon carbide semiconductor substrate 10 that is opposite to the side in contact with n-type silicon carbide epitaxial layer 212.
このような構成によれば、低抵抗なオーミック電極を備えるPiNダイオードを得ることができる。 According to such a configuration, a PiN diode including a low-resistance ohmic electrode can be obtained.
また、上記の実施形態によれば、炭化珪素半導体基板10の反対表面が、当該反対表面上にオーミック電極2200を形成する前に少なくとも一部除去される。 Moreover, according to said embodiment, the opposite surface of the silicon carbide semiconductor substrate 10 is at least partially removed before forming the ohmic electrode 2200 on the opposite surface.
このような構成によれば、低抵抗なオーミック電極を備えるPiNダイオードを得ることができる。 According to such a configuration, a PiN diode including a low-resistance ohmic electrode can be obtained.
<変形例>
上記実施形態では、各構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載している場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本明細書に記載されたものに限られることはない。よって、例示されていない無数の変形例が、本技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの実施形態における少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれる。
<Modification>
In the above-described embodiment, the material, material, size, shape, relative arrangement relationship, implementation condition, and the like of each component may be described. It is not limited to what is described in the book. Therefore, innumerable modifications not illustrated are assumed within the scope of the present technology. For example, the case where at least one component is modified, added or omitted, and further, the case where at least one component in at least one embodiment is extracted and combined with the components of other embodiments are included. It is.
また、矛盾が生じない限り、上記実施形態において「1つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「1つ以上」備えられていてもよい。さらに、各構成要素は概念的な単位であって、1つの構成要素が複数の構造物から成る場合および1つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合、さらには、複数の構成要素が1つの構造物に備えられる場合を含む。また、各構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれる。 In addition, as long as no contradiction arises, “one or more” components described as being provided with “one” in the above-described embodiment may be provided. Furthermore, each component is a conceptual unit. When one component is composed of a plurality of structures and when one component corresponds to a part of the structure, a plurality of components are further included. Is included in one structure. Each component includes a structure having another structure or shape as long as the same function is exhibited.
また、本明細書における説明は、本技術のすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。 Also, the descriptions in this specification are referred to for all purposes of the present technology and are not admitted to be prior art.
上記実施形態では、プレーナ型のMOSFETについて説明したが、ドリフト層の表面にトレンチが形成されたトレンチ型のMOSFETに適用される場合も想定できる。トレンチ型のMOSFETの場合、ドリフト層の表面に溝部(トレンチ)が形成され、当該溝部内のドリフト層の上面、すなわちトレンチの底面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が埋め込まれる。 In the above embodiment, the planar type MOSFET has been described. However, the present invention can also be applied to a trench type MOSFET in which a trench is formed on the surface of the drift layer. In the case of a trench type MOSFET, a groove (trench) is formed on the surface of the drift layer, and a gate electrode is embedded via a gate insulating film on the upper surface of the drift layer in the groove, that is, on the bottom surface of the trench.
また、上記実施形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。 Further, in the above embodiment, when a material name or the like is described without being particularly specified, the material includes other additives, for example, an alloy or the like unless a contradiction arises. .
1,10,110 炭化珪素半導体基板、2,3 コントラスト部、5,200a アルミニウム電極層、4,6,200,1200,2200 オーミック電極、10a,11a,110a,211b,212a 表面、10b,11b 裏面、11,211 p型炭化珪素エピタキシャル層、12,212 n型炭化珪素エピタキシャル層、13,16 炭化珪素エピタキシャル基体、14,15,17 炭化珪素基体、20 JTE領域、30 ベース領域、40 ソース領域、50 フィールド酸化膜、60 ゲート絶縁膜、70 ゲート電極、80 層間絶縁膜、100 ソース電極、200b チタニウム電極層、200c 珪素合金層、200d チタニウム合金層、201 レーザー光、220 終端領域、250 酸化膜、300,300a,300b 配線電極、400 絶縁膜、500 裏面電極、1000 ダイシングライン。 1, 10, 110 Silicon carbide semiconductor substrate, 2, 3 contrast portion, 5,200a aluminum electrode layer, 4, 6, 200, 1200, 2200 ohmic electrode, 10a, 11a, 110a, 211b, 212a surface, 10b, 11b back surface 11, 211 p-type silicon carbide epitaxial layer, 12,212 n-type silicon carbide epitaxial layer, 13,16 silicon carbide epitaxial substrate, 14,15,17 silicon carbide substrate, 20 JTE region, 30 base region, 40 source region, 50 field oxide film, 60 gate insulating film, 70 gate electrode, 80 interlayer insulating film, 100 source electrode, 200b titanium electrode layer, 200c silicon alloy layer, 200d titanium alloy layer, 201 laser beam, 220 termination region, 250 oxide film, 300,300 , 300b wiring electrode, 400 an insulating film, 500 back electrode, 1000 a dicing line.
Claims (14)
前記炭化珪素半導体層の表面上にオーミック接触して形成されるオーミック電極とを備え、
前記オーミック電極は、
前記炭化珪素半導体層と接触して形成され、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層と、
前記珪素合金層と接触して形成され、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層とを備える、
炭化珪素半導体装置。 a p-type silicon carbide semiconductor layer;
An ohmic electrode formed in ohmic contact on the surface of the silicon carbide semiconductor layer,
The ohmic electrode is
A silicon alloy layer formed in contact with the silicon carbide semiconductor layer and containing aluminum and silicon;
A titanium alloy layer formed in contact with the silicon alloy layer and including aluminum and titanium;
Silicon carbide semiconductor device.
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The ohmic electrode is formed by an annealing process in which a layer to be the titanium alloy layer is irradiated with laser light.
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 The thickness of the silicon alloy layer is thicker than the thickness of the titanium alloy layer,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の炭化珪素半導体装置。 The thickness of the silicon alloy layer is 1.5 times or more the thickness of the titanium alloy layer,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 3.
前記炭化珪素エピタキシャル層の、前記炭化珪素半導体層と接触する側とは反対側の表層に互いに離間して形成される、複数のp型のベース領域と、
各前記ベース領域の表層に形成される、n型のソース領域と、
各前記ソース領域と前記炭化珪素エピタキシャル層とに挟まれた各前記ベース領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
各前記ベース領域の表面上と、各前記ソース領域の表面上とを亘って形成されるソース電極とをさらに備える、
請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 An n-type silicon carbide epitaxial layer formed on an opposite surface which is a surface opposite to the surface of the silicon carbide semiconductor layer;
A plurality of p-type base regions formed on the surface layer on the opposite side of the silicon carbide epitaxial layer from the side in contact with the silicon carbide semiconductor layer;
An n-type source region formed on the surface layer of each base region;
A gate electrode formed on the surface of each base region sandwiched between each source region and the silicon carbide epitaxial layer via a gate insulating film;
A source electrode formed on the surface of each base region and on the surface of each source region;
The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
前記炭化珪素エピタキシャル層の、前記炭化珪素半導体層と接触する側とは反対側の面である反対表面上に形成される、n型の炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板の、前記炭化珪素エピタキシャル層と接触する側とは反対側の面である反対表面上にオーミック接触して形成される電極層とをさらに備える、
請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 An n-type silicon carbide epitaxial layer formed on an opposite surface which is a surface opposite to the surface of the silicon carbide semiconductor layer;
An n-type silicon carbide semiconductor substrate formed on an opposite surface of the silicon carbide epitaxial layer opposite to a side in contact with the silicon carbide semiconductor layer;
An electrode layer formed in ohmic contact with the opposite surface of the silicon carbide semiconductor substrate on the opposite surface to the side in contact with the silicon carbide epitaxial layer;
The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
前記炭化珪素半導体層の表面上にアルミニウム層を形成し、
前記アルミニウム層の表面上にチタニウム層を形成し、
アニール処理によって、前記炭化珪素半導体層と接触し、かつ、アルミニウムと珪素とを含む珪素合金層と、前記珪素合金層と接触し、かつ、アルミニウムとチタニウムとを含むチタニウム合金層とを形成する、
炭化珪素半導体装置の製造方法。 forming a p-type silicon carbide semiconductor layer;
Forming an aluminum layer on the surface of the silicon carbide semiconductor layer;
Forming a titanium layer on the surface of the aluminum layer;
By annealing, a silicon alloy layer that contacts the silicon carbide semiconductor layer and includes aluminum and silicon, and a titanium alloy layer that contacts the silicon alloy layer and includes aluminum and titanium are formed.
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記チタニウム層にレーザー光を照射し、前記珪素合金層と、前記チタニウム合金層とを形成する処理である、
請求項7に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The annealing treatment
The titanium layer is irradiated with laser light to form the silicon alloy layer and the titanium alloy layer.
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 7.
請求項8に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The energy of the laser light applied to the titanium layer is greater than 1.6 J / cm 2 ;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 8.
前記炭化珪素エピタキシャル層の、前記炭化珪素半導体層と接触する側とは反対側の表層に、互いに離間するp型のベース領域を複数形成し、
各前記ベース領域の表層に、n型のソース領域を形成し、
各前記ソース領域と前記炭化珪素エピタキシャル層とに挟まれた各前記ベース領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、
各前記ベース領域の表面上と、各前記ソース領域の表面上とを亘って、ソース電極を形成する、
請求項7から請求項9のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 Forming an n-type silicon carbide epitaxial layer on the surface opposite to the surface of the silicon carbide semiconductor layer;
Forming a plurality of p-type base regions spaced apart from each other on the surface layer of the silicon carbide epitaxial layer opposite to the side in contact with the silicon carbide semiconductor layer;
Forming an n-type source region on the surface of each base region;
On the surface of each base region sandwiched between each of the source region and the silicon carbide epitaxial layer, a gate electrode is formed via a gate insulating film,
Forming a source electrode over the surface of each base region and over the surface of each source region;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 7 to 9.
前記炭化珪素半導体基板が、前記炭化珪素半導体層の表面上に前記アルミニウム層を形成する前に除去される、
請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The silicon carbide semiconductor layer is a layer formed by epitaxial growth from an n-type silicon carbide semiconductor substrate;
The silicon carbide semiconductor substrate is removed before forming the aluminum layer on the surface of the silicon carbide semiconductor layer;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 10.
前記炭化珪素半導体層の表面が、当該表面上に前記アルミニウム層を形成する前に少なくとも一部除去される、
請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The silicon carbide epitaxial layer is a layer formed by epitaxial growth from the silicon carbide semiconductor layer,
The surface of the silicon carbide semiconductor layer is at least partially removed before forming the aluminum layer on the surface;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 10.
前記炭化珪素エピタキシャル層は、n型の炭化珪素半導体基板の表面上に形成され、
前記炭化珪素半導体基板の、前記炭化珪素エピタキシャル層と接触する側とは反対側の面である反対表面上に、オーミック接触する電極層を形成する、
請求項7から請求項9のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The silicon carbide semiconductor layer is formed on the surface of an n-type silicon carbide epitaxial layer,
The silicon carbide epitaxial layer is formed on the surface of an n-type silicon carbide semiconductor substrate,
Forming an electrode layer in ohmic contact on the opposite surface of the silicon carbide semiconductor substrate on the opposite surface to the side in contact with the silicon carbide epitaxial layer;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 7 to 9.
請求項13に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The opposite surface of the silicon carbide semiconductor substrate is at least partially removed prior to forming the electrode layer on the opposite surface;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 13.
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