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JP5889171B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP5889171B2
JP5889171B2 JP2012264901A JP2012264901A JP5889171B2 JP 5889171 B2 JP5889171 B2 JP 5889171B2 JP 2012264901 A JP2012264901 A JP 2012264901A JP 2012264901 A JP2012264901 A JP 2012264901A JP 5889171 B2 JP5889171 B2 JP 5889171B2
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Description

本発明は、炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same.

近年、省エネルギーの観点から、パワーデバイスの特性改善が求められている。そこで、従来のSi(珪素)を用いたパワーデバイス以外にも、次世代の高耐圧・低損失パワースイッチング素子として、SiC(炭化珪素)を用いたパワーデバイスが有望視されている。パワーデバイスには、金属・絶縁体(例えばシリコン酸化物)・半導体(Metal Insulator(例えばOxide)Semiconductor:MIS(例えばMOS))構造の電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)や、ショットキーダイオード等がある。例えばSiCを用いたMOSFETでは、従来のSiを用いたMOSFETの素子構造に準じた素子構造が採用される。SiCはSiよりもバンドギャップが大きいため、SiC−MOSFETでは、200℃未満で動作させていた従来のSi−MOSFETよりも高温での動作が可能となる。   In recent years, improvement in the characteristics of power devices has been demanded from the viewpoint of energy saving. Therefore, in addition to conventional power devices using Si (silicon), power devices using SiC (silicon carbide) are promising as next-generation high breakdown voltage / low loss power switching elements. Power devices include field effect transistors (FET) having a metal, insulator (eg, silicon oxide), semiconductor (Metal Insulator (eg, Oxide) Semiconductor: MIS (eg, MOS)) structure, Schottky diodes, etc. There is. For example, in a MOSFET using SiC, an element structure conforming to the element structure of a conventional MOSFET using Si is employed. Since SiC has a larger band gap than Si, an SiC-MOSFET can operate at a higher temperature than a conventional Si-MOSFET that has been operated at less than 200 ° C.

パワーデバイスにおいては、配線の金属材料として従来、Al(アルミニウム)、ある
いは、AlとSi、Cu(銅)、Ti(チタン)、Pd(パラジウム)等との合金も含め
た、Alを主成分としたAl系材料が用いられていた。しかし、Al系材料を配線の金属
材料に採用した場合、200℃を越える高温動作においては、その金属材料と半導体基板
内の半導体領域に接続する電極や半導体基板表面に形成されたシリコン膜等との反応が生
じたり、その金属材料表面の酸化が生じたりして素子の信頼性が劣化しやすい。
In power devices, Al is mainly used as a metal material for wiring, and Al, including Al and Si, Cu (copper), Ti (titanium), Pd (palladium), etc. Al-based material was used. However, when an Al-based material is used for the metal material of the wiring, in a high temperature operation exceeding 200 ° C., the metal material and an electrode connected to the semiconductor region in the semiconductor substrate, a silicon film formed on the surface of the semiconductor substrate, etc. As a result, the reliability of the device is likely to deteriorate due to oxidation of the surface of the metal material.

上記のようなAl系材料の問題を考慮し、SiCパワーデバイスにおける配線金属とし
てCu系材料を用いることが特許文献1にて提案されている。また、Cu電極とそのバリアメタルをRIEによりエッチングすることが特許文献2に示されている。
In consideration of the problems of the Al-based material as described above, Patent Document 1 proposes using a Cu-based material as a wiring metal in an SiC power device. Patent Document 2 discloses that a Cu electrode and its barrier metal are etched by RIE.

国際公開第2007/108439号International Publication No. 2007/108439 特開平11−186237号公報JP-A-11-186237

CuもしくはCuを含むメタライズを電極に使用する場合、高温時のCuの半導体基板への拡散、素子特性劣化を抑制するためにバリアメタルを形成する必要がある。Cuのバリアメタルへの拡散は、バリアメタルの空孔を介して拡散する体積拡散、バリアメタルの粒界を拡散する粒界拡散と比較して、バリアメタルの界面(表面)を拡散する界面拡散の速度が速く、そのため、バリアメタルの拡散防止効果はバリアメタル表面に沿ったCuと基板上に形成された素子構造部との間の長さで決まる。バリアメタルの下地となる素子構造部にはSiOで形成された層間絶縁膜、ポリシリコンで形成されたゲート電極等があり、これらの材料でのCuの拡散速度は非常に速いので、バリアメタル表面に沿ったCuと素子構造部との間の長さを長くすることが必要である。しかし、特許文献1ではバリアメタル表面に沿ったCuと基板上に形成された素子構造部との間の長さはバリアメタルの厚さ分しかなく、十分な拡散防止効果が得られない場合があった。 When Cu or metallization containing Cu is used for the electrode, it is necessary to form a barrier metal in order to suppress diffusion of Cu into the semiconductor substrate at high temperatures and deterioration of element characteristics. The diffusion of Cu into the barrier metal is interfacial diffusion that diffuses the interface (surface) of the barrier metal compared to volume diffusion that diffuses through the pores of the barrier metal and grain boundary diffusion that diffuses the grain boundary of the barrier metal. Therefore, the barrier metal diffusion preventing effect is determined by the length between Cu along the barrier metal surface and the element structure formed on the substrate. The element structure part that forms the base of the barrier metal includes an interlayer insulating film formed of SiO 2 , a gate electrode formed of polysilicon, etc., and the diffusion rate of Cu in these materials is very high. It is necessary to increase the length between Cu and the element structure along the surface. However, in Patent Document 1, the length between the Cu along the barrier metal surface and the element structure formed on the substrate is only the thickness of the barrier metal, and a sufficient diffusion preventing effect may not be obtained. there were.

また、Cu系電極はAl系電極に比べてバリアメタルとの密着性が悪い。パワーデバイスでは放熱性やアセンブリの観点から電極厚さが5μmを超えるような厚膜が必要である。Cu系電極を厚膜で形成することにより、熱容量を稼ぐことでチップ内の熱分布を均一化することが可能である。また、短絡時の温度の上昇を抑えることができ、耐量が向上する。ワイヤボンド時、径の大きいワイヤを打つので強い力がかかり、電極が薄いとデバイスにダメージが加わり、素子が破壊される。CuワイヤボンドはAlワイヤボンドよりも力がかかるため、Al系電極に比べて厚膜が必要とされる。   Further, the Cu-based electrode has poor adhesion to the barrier metal compared to the Al-based electrode. A power device requires a thick film having an electrode thickness exceeding 5 μm from the viewpoint of heat dissipation and assembly. By forming the Cu-based electrode with a thick film, it is possible to make the heat distribution in the chip uniform by increasing the heat capacity. Moreover, the rise in the temperature at the time of a short circuit can be suppressed and a withstand amount improves. At the time of wire bonding, a strong force is applied because a wire having a large diameter is hit. If the electrode is thin, the device is damaged and the element is destroyed. Since a Cu wire bond requires more force than an Al wire bond, a thicker film is required than an Al-based electrode.

5μmを超えるような厚いCu電極を用いた場合、Cuの膜応力が大きくなり、膜剥がれが発生しやすい。膜剥がれはCu膜エッジを起点として発生し、Cu剥離を抑制するにはこの起点となる膜剥がれの発生を防ぐ必要がある。このCu膜エッジで膜剥がれが発生する一因として、バリアメタルのエッジの特異的に大きなエッジ応力がCuとバリアメタル表面にかかるという点が挙げられる。よって、特許文献2の半導体装置のようにCu膜のエッジとバリアメタルのエッジが近接していると、Cuの膜剥がれが問題となる。   When a thick Cu electrode exceeding 5 μm is used, the film stress of Cu increases, and film peeling tends to occur. Film peeling occurs from the Cu film edge as the starting point, and in order to suppress Cu peeling, it is necessary to prevent the film peeling from occurring as the starting point. One factor that causes film peeling at the edge of the Cu film is that a particularly large edge stress at the edge of the barrier metal is applied to Cu and the surface of the barrier metal. Therefore, if the edge of the Cu film and the edge of the barrier metal are close as in the semiconductor device of Patent Document 2, peeling of the Cu film becomes a problem.

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、Cu電極の膜剥がれを抑制し、かつCuの素子構造部への高い拡散防止効果を有するSiC半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide an SiC semiconductor device that suppresses film peeling of a Cu electrode and has a high effect of preventing diffusion of Cu into an element structure and a method for manufacturing the same.

本発明の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体素子と、炭化珪素半導体素子上に形成されたバリアメタルと、バリアメタル上に形成され、バリアメタルとの接触面の端部がバリアメタルの端部よりも後退した、厚さが5μm以上であるCu電極とを備える。 A silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a silicon carbide semiconductor element, a barrier metal formed on the silicon carbide semiconductor element, and an end of the contact surface formed with the barrier metal at the end of the barrier metal. And a Cu electrode having a thickness of 5 μm or more, which is more receded.

また、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(a)炭化珪素半導体素子上にバリアメタルを形成する工程と、(b)バリアメタル上に、バリアメタルとの接触面の端部がバリアメタルの端部よりも後退した、厚さが5μm以上であるCu電極を形成する工程と、(c)Cu電極をマスクにしてバリアメタルを垂直に異方性エッチングする工程とを備え、工程(b)は、Cu電極をバリアメタルと接触する底部以外の少なくとも一部の幅が底部の幅よりも広くなるように形成する工程である。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes (a) a step of forming a barrier metal on the silicon carbide semiconductor element, and (b) an end portion of a contact surface with the barrier metal on the barrier metal. A step of forming a Cu electrode having a thickness of 5 μm or more that is recessed from the end of the metal, and (c) a step of anisotropically etching the barrier metal vertically using the Cu electrode as a mask. b) is a step of forming the Cu electrode so that the width of at least a part other than the bottom contacting the barrier metal is wider than the width of the bottom.

本発明の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体素子と、炭化珪素半導体素子上に形成されたバリアメタルと、バリアメタル上に形成され、バリアメタルとの接触面の端部がバリアメタルの端部よりも後退した、厚さが5μm以上であるCu電極とを備える。バリアメタルの表面に沿ったCu電極と炭化珪素半導体素子との距離が、バリアメタルの端部とCu電極の端部の位置ずれ量だけ長くなるため、バリアメタルの表面に沿ったCuの炭化珪素半導体素子への拡散を抑制する。また、バリアメタルの端部の応力がCu電極端部に加わることを防ぎ、Cu電極の膜剥がれを抑制する。 A silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a silicon carbide semiconductor element, a barrier metal formed on the silicon carbide semiconductor element, and an end of the contact surface formed with the barrier metal at the end of the barrier metal. And a Cu electrode having a thickness of 5 μm or more, which is more receded. Since the distance between the Cu electrode and the silicon carbide semiconductor element along the surface of the barrier metal is increased by the amount of displacement between the end of the barrier metal and the end of the Cu electrode, the silicon carbide of Cu along the surface of the barrier metal Suppresses diffusion into semiconductor elements. Further, the stress at the end of the barrier metal is prevented from being applied to the end of the Cu electrode, and the film peeling of the Cu electrode is suppressed.

また、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(a)炭化珪素半導体素子上にバリアメタルを形成する工程と、(b)バリアメタル上に、バリアメタルとの接触面の端部がバリアメタルの端部よりも後退した、厚さが5μm以上であるCu電極を形成する工程と、(c)Cu電極をマスクにしてバリアメタルを垂直に異方性エッチングする工程とを備え、工程(b)は、Cu電極をバリアメタルと接触する底部以外の少なくとも一部の幅が底部の幅よりも広くなるように形成する工程である。この製造方法によれば、Cu電極がバリアメタルと接する幅よりも幅広にバリアメタルが形成される。そのため、バリアメタル表面に沿ったCuと炭化珪素半導体素子との距離を長くすることができ、高いCu拡散防止効果が得られる。また、バリアメタルの端部で発生する応力がCu電極の端部に加わることを防ぐので、Cu電極の膜剥がれが抑制される。

The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes (a) a step of forming a barrier metal on the silicon carbide semiconductor element, and (b) an end portion of a contact surface with the barrier metal on the barrier metal. A step of forming a Cu electrode having a thickness of 5 μm or more that is recessed from the end of the metal, and (c) a step of anisotropically etching the barrier metal vertically using the Cu electrode as a mask. b) is a step of forming the Cu electrode so that the width of at least a part other than the bottom contacting the barrier metal is wider than the width of the bottom. According to this manufacturing method, the barrier metal is formed wider than the width at which the Cu electrode is in contact with the barrier metal. Therefore, the distance between Cu and the silicon carbide semiconductor element along the barrier metal surface can be increased, and a high Cu diffusion preventing effect can be obtained. Further, since stress generated at the end of the barrier metal is prevented from being applied to the end of the Cu electrode, film peeling of the Cu electrode is suppressed.

本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this invention. 本発明の炭化珪素半導体装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device of this invention.

<A.実施の形態1>
本明細書では、半導体の導電型として第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明するが、逆の導電型であっても良い。
<A. Embodiment 1>
In this specification, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type as the semiconductor conductivity type, but the opposite conductivity type may be used.

<A−1.構成>
図8は、実施の形態1の炭化珪素半導体装置の一つのユニットセルを示す構成図である。実施の形態1ではSiC−MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を炭化珪素半導体装置の例として説明する。実施の形態1のSiC−MOSFETは、n型の半導体基板1と、半導体基板1上に形成されたn型のSiC層2と、SiC層2の表面に選択的に形成されたウェル領域3と、ウェル領域3の表面に選択的に形成されたソース領域4及びコンタクト領域5を備えている。半導体基板1とSiC層2は、SiCウエハ6を構成している。さらに、実施の形態1のSiC−MOSFETは、ウェル領域3及びSiC層2上に亘って形成されたゲート酸化膜7と、ゲート酸化膜7上に形成されたゲート電極8と、ソース領域4上に形成されたソース電極10と、ゲート電極8を覆ってソース電極10との絶縁を確保する層間絶縁膜9と、ソース電極10及び層間絶縁膜9上に形成されたバリアメタル13と、バリアメタル13上に形成されたCu電極12とを備えている。
<A-1. Configuration>
FIG. 8 is a configuration diagram showing one unit cell of the silicon carbide semiconductor device of the first embodiment. In the first embodiment, a SiC-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) will be described as an example of a silicon carbide semiconductor device. The SiC-MOSFET of the first embodiment includes an n + type semiconductor substrate 1, an n type SiC layer 2 formed on the semiconductor substrate 1, and a well region selectively formed on the surface of the SiC layer 2. 3 and a source region 4 and a contact region 5 selectively formed on the surface of the well region 3. Semiconductor substrate 1 and SiC layer 2 constitute SiC wafer 6. Further, the SiC-MOSFET of the first embodiment includes a gate oxide film 7 formed over the well region 3 and the SiC layer 2, a gate electrode 8 formed on the gate oxide film 7, and the source region 4. A source electrode 10 formed on the gate electrode 8, an interlayer insulating film 9 covering the gate electrode 8 to ensure insulation from the source electrode 10, a barrier metal 13 formed on the source electrode 10 and the interlayer insulating film 9, and a barrier metal And Cu electrode 12 formed on 13.

<A−2.製造工程>
図8に示す構造のSiC−MOSFETの製造方法を図1〜7に沿って説明する。まずn型の半導体基板1の一方面上に、エピタキシャル結晶成長法を用いて、SiCからなるn型のSiC層2を形成する(図1)。半導体基板1としては、例えば、n型のSiC基板が好適である。この半導体基板1とSiC層2がSiCウエハ6を構成する。
<A-2. Manufacturing process>
A method for manufacturing the SiC-MOSFET having the structure shown in FIG. 8 will be described with reference to FIGS. First, an n type SiC layer 2 made of SiC is formed on one surface of an n + type semiconductor substrate 1 using an epitaxial crystal growth method (FIG. 1). As the semiconductor substrate 1, for example, an n + type SiC substrate is suitable. The semiconductor substrate 1 and the SiC layer 2 constitute a SiC wafer 6.

次にSiCウエハ6の表面内、具体的にはSiCウエハ6を構成するSiC層2の表面内の所定の間隔に離間した部位に、レジストをマスクとして不純物をイオン注入して、p型のウェル領域3を選択的に形成する(図2)。SiC層2内でp型となる不純物としては、例えばボロン(B)あるいはアルミニウム(Al)が挙げられる。イオン注入後、レジストは除去する。   Next, impurities are ion-implanted into the surface of the SiC wafer 6, specifically, at a predetermined interval in the surface of the SiC layer 2 constituting the SiC wafer 6, using a resist as a mask, to form a p-type well. Region 3 is selectively formed (FIG. 2). Examples of the p-type impurity in the SiC layer 2 include boron (B) and aluminum (Al). After the ion implantation, the resist is removed.

次に、それぞれのウェル領域3の表面内に、レジストをマスクとして不純物をイオン注入して、n型のソース領域4を選択的に形成する(図2)。ウェル領域3内でn型となる不純物としては、例えばリン(P)あるいは窒素(N)が挙げられる。イオン注入後、レジストは除去する。   Next, impurities are ion-implanted into the surface of each well region 3 using a resist as a mask to selectively form an n-type source region 4 (FIG. 2). Examples of the n-type impurity in the well region 3 include phosphorus (P) and nitrogen (N). After the ion implantation, the resist is removed.

次に、ウェル領域3の表面内に、レジストをマスクとして、p型(第2導電型)の不純物をイオン注入して、ソース領域4の周囲に隣接して、p型(第2導電型)のコンタクト領域5を形成する(図2)。ここではコンタクト領域5の不純物濃度は、ウェル領域3の不純物濃度より相対的に濃くなるように設定する。ウェル領域3内でp型となる不純物としては、例えばボロン(B)あるいはアルミニウム(Al)が挙げられる。イオン注入後、レジストは除去する。 Next, a p-type (second conductivity type) impurity is ion-implanted into the surface of the well region 3 using a resist as a mask, and a p + type (second conductivity type) is adjacent to the periphery of the source region 4. ) Contact region 5 is formed (FIG. 2). Here, the impurity concentration of the contact region 5 is set to be relatively higher than the impurity concentration of the well region 3. Examples of the p-type impurity in the well region 3 include boron (B) and aluminum (Al). After the ion implantation, the resist is removed.

次にSiCウエハ6に対し、アルゴン(Ar)などの不活性ガス雰囲気でアニール処理を行う。これにより、注入イオンが電気的に活性化され、かつイオン注入により形成された結晶欠陥が回復する。さらに、SiCウエハ6の一方面上、具体的にはイオン注入された側のSiCウエハ6上に、熱酸化法によって二酸化珪素(SiO)からなるゲート酸化膜7を形成する(図3)。この工程で形成されるゲート酸化膜7は熱酸化膜である。 Next, the SiC wafer 6 is annealed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar). Thereby, the implanted ions are electrically activated, and crystal defects formed by the ion implantation are recovered. Further, a gate oxide film 7 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on one surface of the SiC wafer 6, specifically, on the SiC wafer 6 on the ion-implanted side by a thermal oxidation method (FIG. 3). The gate oxide film 7 formed in this step is a thermal oxide film.

次に、ゲート酸化膜7上に、化学気相成長法によりポリシリコン膜を形成した後、不要部分を、レジストをマスクとして、ウェットエッチング法あるいはRIEなどによるドライエッチング法により除去してゲート電極8を形成する(図4)。   Next, after a polysilicon film is formed on the gate oxide film 7 by a chemical vapor deposition method, unnecessary portions are removed by a wet etching method or a dry etching method such as RIE using the resist as a mask, and the gate electrode 8 is removed. (FIG. 4).

次に、ゲート酸化膜7及びゲート電極8の表面上に層間絶縁膜9を形成する(図5)。次に、レジストをマスクとして、ウェットエッチング法あるいはRIEなどによるドライエッチング法により、コンタクト領域5及び一部のソース領域4が露出するようにして、層間絶縁膜9及びゲート酸化膜7を除去する(図6)。その後、レジストを除去する。   Next, an interlayer insulating film 9 is formed on the surfaces of the gate oxide film 7 and the gate electrode 8 (FIG. 5). Next, using the resist as a mask, the interlayer insulating film 9 and the gate oxide film 7 are removed by wet etching or dry etching such as RIE so that the contact region 5 and part of the source region 4 are exposed ( FIG. 6). Thereafter, the resist is removed.

次に、層間絶縁膜9及びゲート酸化膜7が除去され露出したコンタクト領域5及びソース領域4上に、例えばスパッタリングなどの物理気相成長法により導電膜を形成する。その後、層間絶縁膜9の表面上に形成された導電膜の不要部分を、レジストをマスクとして、ウェットエッチング法あるいは反応性イオンエッチングなどによるドライエッチング法により除去して、コンタクト領域5及び一部のソース領域4上にソース電極10を形成する(図7)。次に半導体基板1の裏面にドレイン電極11を形成する。   Next, a conductive film is formed on the contact region 5 and the source region 4 exposed by removing the interlayer insulating film 9 and the gate oxide film 7 by physical vapor deposition such as sputtering. Thereafter, unnecessary portions of the conductive film formed on the surface of the interlayer insulating film 9 are removed by a wet etching method or a dry etching method such as reactive ion etching using the resist as a mask, so that the contact region 5 and a part of the conductive film are partially removed. A source electrode 10 is formed on the source region 4 (FIG. 7). Next, the drain electrode 11 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1.

次に、作製した素子構造にバリアメタル13とCu電極12を形成する(図8)。図1〜図8はMOSFETの最小基本素子構造であるユニットセルを示したが、図9〜図21では複数のユニットセルの集まりを素子構造部20とし、この素子構造部20上に形成するバリアメタル13やCu電極12の端部について詳細に説明する。なお、本明細書ではSiCウエハ6と素子構造部20からなる構成、すなわち図8に示したMOSFETからバリアメタル13とCu電極12を除いた構成を炭化珪素半導体素子とも呼ぶ。   Next, a barrier metal 13 and a Cu electrode 12 are formed on the fabricated element structure (FIG. 8). 1 to 8 show a unit cell which is the minimum basic element structure of a MOSFET, but in FIGS. 9 to 21, a group of a plurality of unit cells is referred to as an element structure portion 20, and a barrier formed on the element structure portion 20. The end portions of the metal 13 and the Cu electrode 12 will be described in detail. In the present specification, a configuration including the SiC wafer 6 and the element structure portion 20, that is, a configuration in which the barrier metal 13 and the Cu electrode 12 are removed from the MOSFET illustrated in FIG. 8 is also referred to as a silicon carbide semiconductor element.

まず、素子構造部20の表面にCu拡散を防止するバリアメタル13を堆積する(図9)。バリアメタル13の材料には、W、Ta、Mo、Nb、Ir、Ru、Hf、Rh、V、Zr、Pt、Ti、Pd等の金属や、TiN、TiSiN、WN、WSiN、TaN、TaSiN、ZrN、AlN、BN、CrN、NbN等の窒化物、TaC、TiC、WC、NbC等の金属炭化物等を用いることができる。また、これらの任意の組み合わせの積層構造、例えばTi/TiN、Ti/TaN、Ta/TaN等も用いることができる。積層構造は3層以上でもよい。成膜は蒸着、スパッタ、CVD等を用いることができる。バリアメタル13の厚さは10〜500nmとする。   First, a barrier metal 13 for preventing Cu diffusion is deposited on the surface of the element structure 20 (FIG. 9). Examples of the material of the barrier metal 13 include metals such as W, Ta, Mo, Nb, Ir, Ru, Hf, Rh, V, Zr, Pt, Ti, and Pd, TiN, TiSiN, WN, WSiN, TaN, TaSiN, A nitride such as ZrN, AlN, BN, CrN, or NbN, or a metal carbide such as TaC, TiC, WC, or NbC can be used. A laminated structure of any combination of these, for example, Ti / TiN, Ti / TaN, Ta / TaN, etc. can also be used. The laminated structure may be three or more layers. Vapor deposition, sputtering, CVD, etc. can be used for film formation. The thickness of the barrier metal 13 is 10 to 500 nm.

次に、このバリアメタル13上にCuめっき成膜の下地となるCu下地層12aを蒸着、スパッタ、CVD等で堆積する(図9)。Cu下地層12aの厚さは例えば100〜1000nmとする。そして、レジスト21を塗布、露光、現像することで、Cu下地層12a上のCuめっきを成膜させたくない部分にレジスト21をパターニングして形成しておく(図10)。レジスト21の厚さは、後に堆積するめっきCuの厚さよりも厚くしておくことが望ましい。レジスト21のエッジ部分の形状は、レジストボトム以外の一部の幅がレジストボトムより狭くなるようにする。この形状は、具体的には露光時のエネルギーや焦点を調整することにより実現する。図10ではレジストトップの幅が最も狭くなるようにレジスト21を形成しているが、レジストボトムよりレジストボトム以外の一部の幅が狭い形状である限り、図11に示すレジスト22のように、中部(レジストミドル)の幅が最も狭くなっていても良い。レジスト21,22において、最も幅の狭い部分とレジストボトムの幅の差分だけ、最終的なバリアメタル13表面に沿ったCu電極12とSiCウエハ6上に形成された素子構造部20との間の長さを長くすることができ、Cuがバリアメタル13界面を拡散して素子構造部20に到達してデバイス特性に影響を与える時間、すなわちCu拡散によるデバイス寿命をその分長くすることができる。ここではレジスト21,22における最も幅の狭い部分とレジストボトムの幅の差を、少なくともバリアメタル13の厚さの10倍以上とする。こうすることで、Cuが素子構造部20へ拡散することを防止するという効果について、実用上望ましいものが得られる。   Next, a Cu underlayer 12a serving as a base for forming a Cu plating film is deposited on the barrier metal 13 by vapor deposition, sputtering, CVD, or the like (FIG. 9). The thickness of the Cu underlayer 12a is, for example, 100 to 1000 nm. Then, by applying, exposing, and developing the resist 21, the resist 21 is patterned and formed on a portion where the Cu plating on the Cu underlayer 12a is not desired to be formed (FIG. 10). It is desirable that the thickness of the resist 21 be larger than the thickness of the plating Cu to be deposited later. The shape of the edge portion of the resist 21 is such that a part of the width other than the resist bottom is narrower than the resist bottom. Specifically, this shape is realized by adjusting the energy and focus during exposure. In FIG. 10, the resist 21 is formed so that the width of the resist top is the narrowest. However, as long as the width of a part other than the resist bottom is narrower than the resist bottom, like the resist 22 shown in FIG. The middle part (resist middle) may be the narrowest. In the resists 21 and 22, the difference between the narrowest portion and the width of the resist bottom is the difference between the Cu electrode 12 along the final barrier metal 13 surface and the element structure portion 20 formed on the SiC wafer 6. The length can be increased, and the time when Cu diffuses through the interface of the barrier metal 13 and reaches the element structure portion 20 to affect the device characteristics, that is, the device life due to Cu diffusion can be increased accordingly. Here, the difference between the narrowest portion of the resists 21 and 22 and the width of the resist bottom is at least 10 times the thickness of the barrier metal 13. In this way, a practically desirable effect can be obtained with respect to the effect of preventing Cu from diffusing into the element structure portion 20.

次に、Cuをめっき成膜してCuめっき層12bを形成する(図12)。Cuめっき層12bはレジスト21の無い部分に成膜されるので、レジスト21の側壁の形状をかたどった形状、つまり底部より上部のほうが幅が広い形状となる。Cuめっき層12bの厚さは例えば5〜100μmとする。図12では、レジスト21は上部が最も幅の狭い形状であるため、Cuめっき層12bは上部が最も幅の広い形状となった。しかし、図13のようにレジスト21の中部が最も幅の狭い形状である場合には、Cuめっき層12bは中部が最も幅の広い形状となる。いずれにせよ、Cuめっき層12bは底部よりも上部に、底部よりも幅の広い部分が存在すればよい。パワーデバイスの放熱性やアセンブリの観点から、Cuめっき層12bの厚さを5μm以上としている。Cu系電極を厚膜で形成することにより、熱容量を稼ぐことでチップ内の熱分布を均一化することが可能である。また、短絡時の温度の上昇を抑えることができ、耐量が向上する。ワイヤボンド時、径の大きいワイヤを打つので強い力がかかり、電極が薄いとデバイスにダメージが加わり、素子が破壊される。CuワイヤボンドはAlワイヤボンドよりも力がかかるため、Al系電極に比べて厚膜が必要とされる。このような場合において、Cuが素子構造部20へ拡散することを防止するためにこの発明は有用である。   Next, Cu is plated to form a Cu plating layer 12b (FIG. 12). Since the Cu plating layer 12b is formed in a portion where the resist 21 is not present, the shape that follows the shape of the side wall of the resist 21, that is, the upper portion is wider than the bottom portion. The thickness of the Cu plating layer 12b is, for example, 5 to 100 μm. In FIG. 12, since the resist 21 has the narrowest shape at the top, the Cu plating layer 12b has the widest shape at the top. However, when the middle part of the resist 21 has the narrowest shape as shown in FIG. 13, the Cu plating layer 12b has the widest shape at the middle part. In any case, the Cu plating layer 12b only needs to have a portion wider than the bottom portion above the bottom portion. From the viewpoint of heat dissipation of the power device and assembly, the thickness of the Cu plating layer 12b is set to 5 μm or more. By forming the Cu-based electrode with a thick film, it is possible to make the heat distribution in the chip uniform by increasing the heat capacity. Moreover, the rise in the temperature at the time of a short circuit can be suppressed and a withstand amount improves. At the time of wire bonding, a strong force is applied because a wire having a large diameter is hit. If the electrode is thin, the device is damaged and the element is destroyed. Since a Cu wire bond requires more force than an Al wire bond, a thicker film is required than an Al-based electrode. In such a case, the present invention is useful for preventing Cu from diffusing into the element structure portion 20.

次に、レジスト21、Cu下地層12aを除去する(図14、図15)。レジスト21の除去には、有機溶剤や酸素プラズマ処理を、Cu下地層12aの除去には硫酸、塩酸、酢酸、燐酸、硝酸、フッ酸などの酸溶液やこれらの混合溶液、またこれらに過酸化水素を加えたものを用いることができる。   Next, the resist 21 and the Cu underlayer 12a are removed (FIGS. 14 and 15). For removing the resist 21, an organic solvent or oxygen plasma treatment is used, and for removing the Cu underlayer 12a, an acid solution such as sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrofluoric acid or a mixed solution thereof, or a peroxidized solution thereof. What added hydrogen can be used.

次に、Cuめっき層12bをマスクにして、バリアメタル13を垂直に異方性エッチングする(図16)。バリアメタル13としてTiNを用いて、RIE法によりエッチングする際の条件の一例を挙げると、プロセスガスとして、塩素(Cl2)ガスを用い、圧力を0.1Paとする。ここではTiNをエッチングする例を示したが、垂直に異方性エッチングを行う限りにおいて圧力、ガス種等は他の条件でも良い。また、TiN以外のバリアメタル13を用いる場合はそれに適したガス種を選択すればよい。異方性エッチングにRIEを用いた例を示したが、Arイオンミリング、スパッタエッチ等も用いることができる。   Next, the barrier metal 13 is anisotropically etched vertically using the Cu plating layer 12b as a mask (FIG. 16). An example of the conditions for etching by RIE using TiN as the barrier metal 13 is chlorine (Cl2) gas as the process gas and the pressure is 0.1 Pa. Here, an example of etching TiN has been shown, but as long as anisotropic etching is performed vertically, other conditions may be used for pressure, gas type, and the like. In addition, when a barrier metal 13 other than TiN is used, an appropriate gas type may be selected. Although an example using RIE for anisotropic etching has been shown, Ar ion milling, sputter etching, or the like can also be used.

こうして、Cu下地層12aとCuめっき層12bからなるCu電極12が形成された。バリアメタル13は、Cu電極12のバリアメタル13と接する幅よりも幅広に形成されている。これにより、バリアメタル13表面に沿ったCu電極12とSiCウエハ6上に形成された素子構造部20との間の長さを長くすることができ、高いCu拡散防止効果を得ることができる。また、バリアメタル13のエッジで発生する大きな応力がCu膜剥がれの起点となるCu膜エッジにかかることを抑制できるため、Cu膜剥がれを抑制できる。これは特に、膜剥がれが発生しやすい5μmを超えるような厚いCu電極を用いた場合に有効である。これにより、信頼性の高い電力半導体を実現することができる。   Thus, the Cu electrode 12 composed of the Cu underlayer 12a and the Cu plating layer 12b was formed. The barrier metal 13 is formed wider than the width of the Cu electrode 12 in contact with the barrier metal 13. Thereby, the length between the Cu electrode 12 along the barrier metal 13 surface and the element structure part 20 formed on the SiC wafer 6 can be lengthened, and a high Cu diffusion preventing effect can be obtained. Moreover, since it can suppress that the big stress which generate | occur | produces at the edge of the barrier metal 13 applies to Cu film edge used as the starting point of Cu film peeling, Cu film peeling can be suppressed. This is particularly effective when using a thick Cu electrode exceeding 5 μm, where film peeling is likely to occur. Thereby, a highly reliable power semiconductor can be realized.

なお、本実施の形態では電力半導体素子の一例としてSiC−MOSFETを挙げて説明したが、SBDやJFET、IGBT、PNダイオードでも本発明を適用して信頼性の高いCu電極を形成することができる。   In this embodiment, the SiC-MOSFET is described as an example of the power semiconductor element. However, the present invention can be applied to an SBD, JFET, IGBT, or PN diode to form a highly reliable Cu electrode. .

<A−3.効果>
本実施の形態の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体素子(SiCウエハ6、素子構造部20)と、素子構造部20上に形成されたバリアメタル13と、バリアメタル13上に形成され、バリアメタル13との接触面の端部がバリアメタル13の端部よりも後退したCu電極12とを備える。また、Cu電極12は、バリアメタル13と接触する底部以外の少なくとも一部の幅が底部の幅よりも広い形状である。Cu電極12がバリアメタル13上に選択的に形成されることにより、バリアメタル13の表面に沿ったCu電極12と素子構造部20との距離が、バリアメタル13の端部とCu電極12の端部の位置ずれ量だけ長くなるため、バリアメタル13の表面に沿ったCuの素子構造部20への拡散を抑制する。また、バリアメタル13の端部の応力がCu電極12端部に加わることを防ぎ、Cu電極12の膜剥がれを抑制する。
<A-3. Effect>
The silicon carbide semiconductor device of the present embodiment includes a silicon carbide semiconductor element (SiC wafer 6, element structure portion 20), a barrier metal 13 formed on element structure portion 20, a barrier metal 13, and a barrier. An end portion of the contact surface with the metal 13 is provided with a Cu electrode 12 that is recessed from the end portion of the barrier metal 13. Further, the Cu electrode 12 has a shape in which at least a part of the width other than the bottom contacting the barrier metal 13 is wider than the width of the bottom. By selectively forming the Cu electrode 12 on the barrier metal 13, the distance between the Cu electrode 12 and the element structure portion 20 along the surface of the barrier metal 13 can be reduced between the end of the barrier metal 13 and the Cu electrode 12. Since it becomes longer by the positional deviation amount of the end portion, the diffusion of Cu to the element structure portion 20 along the surface of the barrier metal 13 is suppressed. Further, the stress at the end of the barrier metal 13 is prevented from being applied to the end of the Cu electrode 12, and the film peeling of the Cu electrode 12 is suppressed.

上記の構成によれば、Cu電極12の厚さは5μm以上と厚膜にしても、Cu電極12の膜剥がれを抑制することが可能である。   According to said structure, even if the thickness of Cu electrode 12 is 5 micrometers or more, it is possible to suppress film peeling of Cu electrode 12.

また、バリアメタル13の端部からバリアメタル13に接触したCu電極12の端部までの距離を、バリアメタル13の厚みの10倍以上とすることにより、Cuの炭化珪素半導体素子への拡散を抑制する効果が特に発揮される。   Further, by making the distance from the end of the barrier metal 13 to the end of the Cu electrode 12 in contact with the barrier metal 13 more than 10 times the thickness of the barrier metal 13, the diffusion of Cu into the silicon carbide semiconductor element can be improved. The suppressing effect is particularly exerted.

本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(a)炭化珪素半導体素子(SiCウエハ6、素子構造部20)上にバリアメタル13を形成する工程と、(b)バリアメタル13上に、バリアメタル13との接触面の端部がバリアメタル13の端部よりも後退したCu電極12を形成する工程と、(c)Cu電極12をマスクにしてバリアメタル13を垂直に異方性エッチングする工程とを備え、工程(b)は、Cu電極12をバリアメタル13と接触する底部以外の少なくとも一部の幅が底部の幅よりも広くなるように形成する工程である。Cu電極12がバリアメタル13と接する幅よりも幅広にバリアメタル13が形成される。そのため、バリアメタル13表面に沿ったCuと素子構造部20との距離を長くすることができ、高いCu拡散防止効果が得られる。また、バリアメタル13の端部で発生する応力がCu電極12の端部に加わることを防ぐので、Cu電極12の膜剥がれが抑制される。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present embodiment includes (a) a step of forming a barrier metal 13 on a silicon carbide semiconductor element (SiC wafer 6, element structure portion 20), and (b) on the barrier metal 13. A step of forming a Cu electrode 12 in which the end of the contact surface with the barrier metal 13 recedes from the end of the barrier metal 13, and (c) the barrier metal 13 is vertically anisotropic with the Cu electrode 12 as a mask. The step (b) is a step of forming the Cu electrode 12 such that at least a part of the width other than the bottom contacting the barrier metal 13 is wider than the width of the bottom. The barrier metal 13 is formed wider than the width at which the Cu electrode 12 contacts the barrier metal 13. Therefore, the distance between Cu and the element structure portion 20 along the surface of the barrier metal 13 can be increased, and a high Cu diffusion preventing effect can be obtained. Moreover, since the stress generated at the end of the barrier metal 13 is prevented from being applied to the end of the Cu electrode 12, film peeling of the Cu electrode 12 is suppressed.

また、工程(b)は、Cu電極12を厚み5μm以上で形成する工程である。Cu電極12を5μm以上と厚膜に形成すると、膜応力が大きくなりCu電極12の膜剥がれが懸念されるところ、Cu電極12端部とバリアメタル13端部の位置が異なるため、バリアメタル13の端部の応力がCu電極12端部に加わることが防がれ、膜剥がれを抑制できる。   Step (b) is a step of forming the Cu electrode 12 with a thickness of 5 μm or more. When the Cu electrode 12 is formed as thick as 5 μm or more, the film stress increases and there is a concern about peeling of the Cu electrode 12. However, the positions of the end of the Cu electrode 12 and the end of the barrier metal 13 are different. Is prevented from being applied to the end of the Cu electrode 12, and film peeling can be suppressed.

また、工程(b)は、(b1)バリアメタル上にCu下地層をスパッタ、蒸着、CVDのいずれかで堆積する工程と、(b2)Cu下地層上にレジストを用いて選択的に電界めっきでCuめっき層を形成する工程と、(b3)Cuめっき層が形成されない部分のCu下地層を、硫酸、塩酸、酢酸、燐酸、硝酸、フッ酸、またはこれらの混合溶液、またこれらに過酸化水素を加えた溶液で除去する工程とを備える。以上の工程により、所望の形状のCu電極12を形成することが可能である。   Step (b) includes (b1) a step of depositing a Cu underlayer on the barrier metal by sputtering, vapor deposition, or CVD, and (b2) selective electroplating using a resist on the Cu underlayer. A step of forming a Cu plating layer with (b3) a portion of the Cu underlayer on which the Cu plating layer is not formed, sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or a mixed solution thereof, or a peroxide thereof Removing with a solution to which hydrogen has been added. Through the above steps, it is possible to form a Cu electrode 12 having a desired shape.

また、工程(b2)は、底部以外の少なくとも一部の幅が底部の幅よりも狭いレジスト21,22を用いて、Cuめっき層12bを形成する工程である。これにより、Cuめっき層12bの底部以外の少なくとも一部の幅が底部の幅よりも広く形成されるので、Cuめっき層12bを用いた垂直方向のエッチングにより、バリアメタル13の幅がCu電極12と接触する幅よりも広い構造が形成できる。   The step (b2) is a step of forming the Cu plating layer 12b by using the resists 21 and 22 whose widths at least a part other than the bottom are narrower than the width of the bottom. As a result, at least a part of the width other than the bottom of the Cu plating layer 12b is formed wider than the width of the bottom, so that the width of the barrier metal 13 is reduced to the Cu electrode 12 by etching in the vertical direction using the Cu plating layer 12b. A structure wider than the width in contact with can be formed.

<B.実施の形態2>
<B−1.製造工程>
実施の形態1ではレジストボトムよりレジストボトム以外の一部の幅が狭い形状のレジストを用いてCu成膜することでCuボトムよりCu上部の方が幅が広い形状になるようにし、バリアメタルをこのCu膜をマスクにして垂直に異方性エッチングすることでバリアメタル表面に沿ったCuと基板上に形成された素子構造部との間の長さを長くした炭化珪素半導体装置とその製造方法を説明した。実施の形態1における炭化珪素半導体装置はCu拡散防止効果を得ることができ、Cu膜剥がれを防止できる。実施の形態2では同様に高いCu拡散防止効果を得ることができ、Cu膜剥がれを防止できる炭化珪素半導体装置とその製造方法を説明する。なお、Cu、バリアメタル形成工程以外の工程については実施の形態1において図1〜8を用いて説明したものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
<B. Second Embodiment>
<B-1. Manufacturing process>
In the first embodiment, Cu film formation is performed using a resist having a shape that is narrower than the resist bottom, and the width of the upper part of the Cu is wider than that of the Cu bottom. Silicon carbide semiconductor device in which the length between Cu along the barrier metal surface and the element structure formed on the substrate is increased by anisotropic etching perpendicularly using this Cu film as a mask, and a method for manufacturing the same Explained. The silicon carbide semiconductor device in the first embodiment can obtain an effect of preventing Cu diffusion and can prevent peeling of the Cu film. In the second embodiment, a silicon carbide semiconductor device capable of obtaining a high Cu diffusion preventing effect and preventing Cu film peeling and a manufacturing method thereof will be described. Since steps other than the Cu and barrier metal forming step are the same as those described in the first embodiment with reference to FIGS. 1 to 8, description thereof is omitted here.

まず、実施の形態1と同様に基板表面にCu拡散を防止するバリアメタルを堆積する(図9)。バリアメタルとしてはW、Ta、Mo、Nb、Ir、Ru、Hf、Rh、V、Zr、Pt、Ti、Pd等の金属や、TiN、TiSiN、WN、WSiN、TaN、TaSiN、ZrN、AlN、BN、CrN、NbN等の窒化物、TaC、TiC、WC、NbC等の金属炭化物等を用いることができる。また、これらの任意の組み合わせの積層構造、例えばTi/TiN、Ti/TaN、Ta/TaN等も用いることができる。積層構造は3層以上でもよい。成膜は蒸着、スパッタ、CVD等を用いることができる。バリアメタルの厚さは10〜500nmとする。このバリアメタル上にCuめっき成膜の下地となるCuを蒸着、スパッタ、CVD等で堆積する(図9)。厚さは例えば100〜1000nmとする。   First, a barrier metal for preventing Cu diffusion is deposited on the substrate surface as in the first embodiment (FIG. 9). As barrier metals, metals such as W, Ta, Mo, Nb, Ir, Ru, Hf, Rh, V, Zr, Pt, Ti, Pd, TiN, TiSiN, WN, WSiN, TaN, TaSiN, ZrN, AlN, A nitride such as BN, CrN, or NbN, or a metal carbide such as TaC, TiC, WC, or NbC can be used. A laminated structure of any combination of these, for example, Ti / TiN, Ti / TaN, Ta / TaN, etc. can also be used. The laminated structure may be three or more layers. Vapor deposition, sputtering, CVD, etc. can be used for film formation. The thickness of the barrier metal is 10 to 500 nm. On this barrier metal, Cu as a base for Cu plating film formation is deposited by vapor deposition, sputtering, CVD or the like (FIG. 9). The thickness is, for example, 100 to 1000 nm.

次に、レジスト22を塗布、露光、現像することで、Cu下地層12a上のCuめっき層12bを成膜させたくない部分にレジスト23をパターンニングして形成しておく(図17)。レジスト22の厚さは後に堆積するCuめっき層12bの厚さよりも薄くする点が、実施の形態1とは異なる。このレジスト22をマスクに用いてCuめっき層12bを成膜することにより、図18に示すようにCuめっき層12bはレジスト22を越えて形成される結果、レジスト22を越えた部分ではCuめっき層12bが横方向にも成長し、幅の広い形状となる。   Next, by applying, exposing and developing a resist 22, a resist 23 is patterned and formed on a portion where the Cu plating layer 12b on the Cu underlayer 12a is not desired to be formed (FIG. 17). The resist 22 is different from the first embodiment in that the thickness of the resist 22 is made thinner than the thickness of the Cu plating layer 12b deposited later. By forming the Cu plating layer 12b using the resist 22 as a mask, the Cu plating layer 12b is formed beyond the resist 22 as shown in FIG. 12b also grows in the lateral direction and has a wide shape.

次に、レジスト22、Cu12aを除去する(図19、図20)。レジスト22の除去には有機溶剤や酸素プラズマ処理を、Cu12aの除去には硫酸、塩酸、酢酸、燐酸、硝酸、フッ酸などの酸溶液やこれらの混合溶液、またこれらに過酸化水素を加えたものを用いることができる。   Next, the resist 22 and Cu12a are removed (FIGS. 19 and 20). An organic solvent or oxygen plasma treatment was used to remove the resist 22, and an acid solution such as sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, nitric acid or hydrofluoric acid or a mixed solution thereof was added to the Cu12a, or hydrogen peroxide was added thereto. Things can be used.

次に、バリアメタル13をCuめっき層12bをマスクにして垂直に異方性エッチングする(図21)。ここではバリアメタルとしてTiNを用いて、RIE法によりエッチングする際の条件の一例を挙げると、プロセスガスとして、塩素(Cl2)ガスを用い、圧力を0.1Paとする。ここではTiNをエッチングする例を示したが、圧力、ガス種等は垂直に異方性エッチングができればよく、この条件に限られるものではない。また、TiN以外のバリアメタル13を用いる場合はそれに適したガス種を選択すればよい。異方性エッチングにRIEを用いた例を示したが、Arイオンミリング、スパッタエッチ等も用いることができる。   Next, the barrier metal 13 is anisotropically etched vertically using the Cu plating layer 12b as a mask (FIG. 21). Here, as an example of conditions for etching by RIE using TiN as the barrier metal, chlorine (Cl 2) gas is used as the process gas and the pressure is set to 0.1 Pa. Here, an example in which TiN is etched is shown, but the pressure, gas type, and the like are not limited to these conditions as long as anisotropic etching can be performed vertically. In addition, when a barrier metal 13 other than TiN is used, an appropriate gas type may be selected. Although an example using RIE for anisotropic etching has been shown, Ar ion milling, sputter etching, or the like can also be used.

この実施の形態により、Cu電極のバリアメタル13と接する幅よりも幅の広いバリアメタル13をもったバリアメタル/Cu配線構造を得ることができる。バリアメタル13の幅は、Cuめっき層12bのうちレジスト22を越えて成膜された上部の幅と同じになる。このCuめっき層12bの上部の幅とレジスト22開口幅の差分だけ、最終的なバリアメタル13界面に沿ったCu電極12とSiCウエハ6上に形成された素子構造部20との間の長さを長くすることができ、Cuがバリアメタル13界面を拡散して素子構造部20に到達してデバイス特性に影響を与える時間、すなわちCu拡散によるデバイス寿命をその分長くすることができる。レジスト22を越えてCuめっき層12bを成膜した際、Cuめっき層12bの横方向の成長速度は縦方向の成長速度に等しいため、Cuめっき層12bの上部の幅とレジスト開口幅の差分は、Cuめっき層12bの厚さとレジスト22の厚さの差分に等しくなる。ここではレジスト22の厚さとCuめっき層12bの厚さの差を、少なくともバリアメタル13の厚さの10倍以上とする。   According to this embodiment, it is possible to obtain a barrier metal / Cu wiring structure having a barrier metal 13 wider than the width of the Cu electrode in contact with the barrier metal 13. The width of the barrier metal 13 is the same as the width of the upper part of the Cu plating layer 12b formed beyond the resist 22. The length between the Cu electrode 12 and the element structure 20 formed on the SiC wafer 6 along the final barrier metal 13 interface by the difference between the upper width of the Cu plating layer 12b and the opening width of the resist 22 The time during which Cu diffuses at the interface of the barrier metal 13 to reach the element structure 20 and affects the device characteristics, that is, the device life due to Cu diffusion can be extended accordingly. When the Cu plating layer 12b is formed beyond the resist 22, the lateral growth rate of the Cu plating layer 12b is equal to the vertical growth rate, so the difference between the upper width of the Cu plating layer 12b and the resist opening width is , Equal to the difference between the thickness of the Cu plating layer 12 b and the thickness of the resist 22. Here, the difference between the thickness of the resist 22 and the thickness of the Cu plating layer 12 b is at least 10 times the thickness of the barrier metal 13.

これにより、バリアメタル13界面に沿ったCu電極12とSiCウエハ6上に形成された素子構造部20との間の長さを長くすることができ、高いCu拡散防止効果を得ることができる。また、バリアメタル13のエッジで発生する大きな応力がCu膜剥がれの起点となるCu電極12のエッジにかかることを抑制できるため、Cu膜剥がれを抑制できる。   Thereby, the length between the Cu electrode 12 along the barrier metal 13 interface and the element structure part 20 formed on the SiC wafer 6 can be lengthened, and a high Cu diffusion preventing effect can be obtained. Moreover, since it can suppress that the big stress which generate | occur | produces at the edge of the barrier metal 13 applies to the edge of the Cu electrode 12 used as the starting point of Cu film peeling, Cu film peeling can be suppressed.

<B−2.効果>
実施の形態2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法では、Cu下地層12a上にレジスト23を用いて選択的に電界めっきでレジスト23の厚さよりも厚いCuめっき層12bを形成する.よってCuめっき層12bは、レジスト23の厚みを超えた部分の幅が底部の幅よりも広く形成されるので、Cuめっき層12bを用いた垂直方向のエッチングにより、バリアメタルの幅がCu電極12と接触する幅よりも広い構造を形成できる。
<B-2. Effect>
In the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device described in the second embodiment, Cu plating layer 12b thicker than the thickness of resist 23 is selectively formed by electroplating using resist 23 on Cu underlayer 12a. Therefore, since the Cu plating layer 12b is formed so that the width of the portion exceeding the thickness of the resist 23 is wider than the width of the bottom portion, the width of the barrier metal becomes the Cu electrode 12 by etching in the vertical direction using the Cu plating layer 12b. A structure wider than the width in contact with can be formed.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1 半導体基板、2 SiC層、3 ウェル領域、4 ソース領域、5 コンタクト領域、6 SiCウエハ、7 ゲート酸化膜、8 ゲート電極、9 層間絶縁膜、10 ソース電極、11 ドレイン電極、12 Cu電極、12a Cu下地層、12b Cuめっき層、13 バリアメタル、20 素子構造部、21〜23 レジスト。   1 semiconductor substrate, 2 SiC layer, 3 well region, 4 source region, 5 contact region, 6 SiC wafer, 7 gate oxide film, 8 gate electrode, 9 interlayer insulation film, 10 source electrode, 11 drain electrode, 12 Cu electrode, 12a Cu underlayer, 12b Cu plating layer, 13 barrier metal, 20 element structure, 21-23 resist.

Claims (7)

炭化珪素半導体素子と、
前記炭化珪素半導体素子上に形成されたバリアメタルと、
前記バリアメタル上に形成され、前記バリアメタルとの接触面の端部が前記バリアメタルの端部よりも後退した、厚さが5μm以上であるCu電極とを備える、
炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide semiconductor element;
A barrier metal formed on the silicon carbide semiconductor element;
A Cu electrode formed on the barrier metal and having a thickness of 5 μm or more, wherein an end portion of a contact surface with the barrier metal recedes from an end portion of the barrier metal;
Silicon carbide semiconductor device.
前記Cu電極は、前記バリアメタルと接触する底部以外の少なくとも一部の幅が前記底部の幅よりも広い形状である、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
The Cu electrode has a shape in which the width of at least a portion other than the bottom contacting the barrier metal is wider than the width of the bottom.
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1.
前記バリアメタルの端部から前記バリアメタルに接触した前記Cu電極の端部までの距離は、前記バリアメタルの厚みの10倍以上である、The distance from the end of the barrier metal to the end of the Cu electrode in contact with the barrier metal is 10 times or more the thickness of the barrier metal.
請求項1又は2に記載の炭化珪素半導体装置。The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2.
(a)炭化珪素半導体素子上にバリアメタルを形成する工程と、(A) forming a barrier metal on the silicon carbide semiconductor element;
(b)前記バリアメタル上に、前記バリアメタルとの接触面の端部が前記バリアメタルの端部よりも後退した、厚さが5μm以上であるCu電極を形成する工程と、  (B) forming, on the barrier metal, a Cu electrode having a thickness of 5 μm or more, wherein an end of a contact surface with the barrier metal is recessed from an end of the barrier metal;
(c)前記Cu電極をマスクにして前記バリアメタルを垂直に異方性エッチングする工程とを備え、  (C) a step of anisotropically etching the barrier metal vertically using the Cu electrode as a mask,
前記工程(b)は、前記Cu電極を、前記バリアメタルと接触する底部以外の少なくとも一部の幅が前記底部の幅よりも広くなるように形成する工程である、  The step (b) is a step of forming the Cu electrode such that at least a part of the width other than the bottom contacting the barrier metal is wider than the width of the bottom.
炭化珪素半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記工程(b)は、The step (b)
(b1)前記バリアメタル上にCu下地層をスパッタ、蒸着、CVDのいずれかで堆積する工程と、  (B1) a step of depositing a Cu underlayer on the barrier metal by any one of sputtering, vapor deposition, and CVD;
(b2)前記Cu下地層上にレジストを用いて選択的に電界めっきでCuめっき層を形成する工程と、  (B2) a step of selectively forming a Cu plating layer by electroplating using a resist on the Cu underlayer;
(b3)前記Cuめっき層が形成されない部分の前記Cu下地層を、硫酸、塩酸、酢酸、燐酸、硝酸、フッ酸、またはこれらの混合溶液、またこれらに過酸化水素を加えた溶液で除去する工程とを備える、  (B3) The Cu underlayer where the Cu plating layer is not formed is removed with sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or a mixed solution thereof, or a solution obtained by adding hydrogen peroxide to these. A process,
請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 4.
前記工程(b2)は、底部以外の少なくとも一部の幅が前記底部の幅よりも狭い前記レジストを用いて、前記Cuめっき層を形成する工程である、The step (b2) is a step of forming the Cu plating layer using the resist in which at least part of the width other than the bottom is narrower than the width of the bottom.
請求項5に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 5.
前記工程(b2)は、前記レジストの厚さよりも厚い前記Cuめっき層を形成する工程である、The step (b2) is a step of forming the Cu plating layer thicker than the thickness of the resist.
請求項5に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 5.
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