JP6672962B2 - Silicon carbide semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は炭化珪素半導体基板および半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a silicon carbide semiconductor substrate and a method for manufacturing a semiconductor device.
炭化珪素(SiC)層を動作層として含む半導体装置においては、炭化珪素層上に二酸化珪素からなる絶縁膜や金属などの導電体からなる電極が配置される。半導体装置においては、動作の信頼性を向上させることが重要である。これに関し、特定の材料からなる電極を採用する場合において絶縁膜の信頼性を向上させる方策が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 In a semiconductor device including a silicon carbide (SiC) layer as an operation layer, an insulating film made of silicon dioxide and an electrode made of a conductor such as a metal are arranged on the silicon carbide layer. In a semiconductor device, it is important to improve operation reliability. In this regard, there has been proposed a measure for improving the reliability of an insulating film when an electrode made of a specific material is employed (for example, see Patent Document 1).
上述のように、半導体装置においては、動作の信頼性を向上させることが重要である。そこで、高い信頼性を有する半導体装置の製造に使用可能な炭化珪素半導体基板、および高い信頼性を有する半導体装置を製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的の1つとする。 As described above, in a semiconductor device, it is important to improve operation reliability. Therefore, it is an object to provide a silicon carbide semiconductor substrate that can be used for manufacturing a highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device that can manufacture a highly reliable semiconductor device. .
本発明に従った炭化珪素半導体基板は、0°を超え5°未満のオフ角を有する4H炭化珪素基板と、4H炭化珪素基板上に形成された炭化珪素からなるエピ層と、を備える。エピ層の表面には、三角形状の凹部と、炭化珪素からなる突出部とが形成されている。エピ層の表面側から見て、突出部は凹部と重なる。 A silicon carbide semiconductor substrate according to the present invention includes a 4H silicon carbide substrate having an off angle of more than 0 ° and less than 5 °, and an epi layer made of silicon carbide formed on the 4H silicon carbide substrate. A triangular concave portion and a protrusion made of silicon carbide are formed on the surface of the epi layer. When viewed from the surface side of the epi layer, the protrusion overlaps the recess.
上記炭化珪素半導体基板によれば、高い信頼性を有する半導体装置の製造に使用可能な炭化珪素半導体基板を提供することができる。 According to the silicon carbide semiconductor substrate, it is possible to provide a silicon carbide semiconductor substrate that can be used for manufacturing a highly reliable semiconductor device.
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の炭化珪素半導体基板は、0°を超え5°未満のオフ角を有する4H炭化珪素基板と、4H炭化珪素基板上に形成された炭化珪素からなるエピ層と、を備える。エピ層の表面には、三角形状の凹部と、炭化珪素からなる突出部とが形成されている。エピ層の表面側から見て、突出部は凹部と重なる。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described. The silicon carbide semiconductor substrate of the present application includes a 4H silicon carbide substrate having an off angle of more than 0 ° and less than 5 °, and an epi layer made of silicon carbide formed on the 4H silicon carbide substrate. A triangular concave portion and a protrusion made of silicon carbide are formed on the surface of the epi layer. When viewed from the surface side of the epi layer, the protrusion overlaps the recess.
炭化珪素層を動作層として含む半導体装置においては、その動作の信頼性に問題が生じる場合がある。本発明者はその原因について検討し、以下のような知見を得て本発明に想到した。本発明者の検討によれば、0°を超え5°未満のオフ角を有する4H炭化珪素基板上のエピ層の表面上に酸化膜(たとえばゲート絶縁膜)を形成した構造を有する半導体装置においては、酸化膜と接触するエピ層の表面に、平面的に見た外形形状が六角形である複数のピットが形成されている場合がある。このようなピットが形成されたエピ層の表面に接触するように形成された酸化膜においては、酸化膜の厚みのばらつきに起因して電界集中が生じ、酸化膜の信頼性が低下する。その結果、半導体装置の動作の信頼性が低下する。エピ層の表面における上記ピットの密度を低減することにより、動作の信頼性の低下を抑制することができる。 In a semiconductor device including a silicon carbide layer as an operation layer, a problem may occur in the reliability of the operation. The present inventor studied the cause and obtained the following knowledge to arrive at the present invention. According to the study of the present inventors, in a semiconductor device having a structure in which an oxide film (for example, a gate insulating film) is formed on the surface of an epilayer on a 4H silicon carbide substrate having an off angle of more than 0 ° and less than 5 ° In some cases, a plurality of pits having a hexagonal outer shape in plan view are formed on the surface of the epi layer in contact with the oxide film. In an oxide film formed so as to be in contact with the surface of the epi layer in which such pits are formed, electric field concentration occurs due to variations in the thickness of the oxide film, and the reliability of the oxide film decreases. As a result, the reliability of the operation of the semiconductor device decreases. By reducing the density of the pits on the surface of the epi layer, it is possible to suppress a decrease in operation reliability.
エピ層の表面には、平面的に見て三角形形状を有する複数の凹部が形成される。そして、上記ピットは、たとえばエピ層上に酸化膜を形成するための前処理として実施される犠牲酸化膜の形成時に深く酸化された領域が形成され、犠牲酸化膜が除去されることにより、当該凹部内に形成される。 A plurality of recesses having a triangular shape in a plan view are formed on the surface of the epi layer. The pits are formed, for example, by forming a region that is deeply oxidized when a sacrificial oxide film is formed as a pretreatment for forming an oxide film on the epilayer, and the sacrificial oxide film is removed. It is formed in the recess.
本願の炭化珪素半導体基板においては、エピ層の表面側から見て、上記凹部に重なるように、炭化珪素からなる突出部が形成される。そのため、たとえば犠牲酸化膜の形成時に、深く酸化された領域が形成されたとしても、当該領域に突出部が形成されていることにより、上記ピットの形成が抑制される。そのため、本願の炭化珪素半導体基板によれば、高い信頼性を有する半導体装置の製造に使用可能な炭化珪素半導体基板を提供することができる。 In the silicon carbide semiconductor substrate of the present application, a projection made of silicon carbide is formed so as to overlap with the concave portion when viewed from the surface side of the epi layer. Therefore, for example, even if a deeply oxidized region is formed during the formation of the sacrificial oxide film, the formation of the pits is suppressed by forming the protruding portion in the region. Therefore, according to the silicon carbide semiconductor substrate of the present application, a silicon carbide semiconductor substrate that can be used for manufacturing a highly reliable semiconductor device can be provided.
上記炭化珪素半導体基板において、エピ層の表面側から見て、突出部の重心は凹部内にあってもよい。このようにすることにより、上記ピットの形成を、より確実に抑制することができる。 In the above-described silicon carbide semiconductor substrate, the center of gravity of the protruding portion may be in the recess when viewed from the surface side of the epi layer. This makes it possible to more reliably suppress the formation of the pits.
上記炭化珪素半導体基板において、エピ層の表面には、凹部が複数形成されていてもよい。 In the above silicon carbide semiconductor substrate, a plurality of concave portions may be formed on the surface of the epi layer.
上記炭化珪素半導体基板において、エピ層の表面には、突出部が複数形成されていてもよい。半数以上の凹部に、突出部が形成されていてもよい。このようにすることにより、上記ピットの形成を、より確実に抑制することができる。 In the silicon carbide semiconductor substrate, a plurality of protrusions may be formed on the surface of the epi layer. Projections may be formed in more than half of the recesses. This makes it possible to more reliably suppress the formation of the pits.
上記炭化珪素半導体基板において、凹部のそれぞれには、突出部が1つずつ形成されていてもよい。このようにすることにより、上記ピットの形成を、より確実に抑制することができる。 In the above-described silicon carbide semiconductor substrate, one projection may be formed in each of the recesses. This makes it possible to more reliably suppress the formation of the pits.
上記炭化珪素半導体基板において、エピ層の表面側から見て、突出部は凹部内に形成されていてもよい。このようにすることにより、上記ピットの形成を、より確実に抑制することができる。 In the silicon carbide semiconductor substrate, the projection may be formed in the recess when viewed from the front side of the epi layer. This makes it possible to more reliably suppress the formation of the pits.
本願の半導体装置の製造方法は、上記本願の炭化珪素半導体基板を準備する工程と、上記前記エピ層の表面を酸化することにより酸化膜を形成する工程と、当該酸化膜を除去する工程と、を備える。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present application includes the steps of preparing the silicon carbide semiconductor substrate of the present application, forming an oxide film by oxidizing the surface of the epi layer, and removing the oxide film. Is provided.
上述のように、エピ層の表面に酸化膜(犠牲酸化膜)を形成した後、当該酸化膜を除去する工程を含む半導体装置の製造方法では、エピ層の表面に上記ピットが形成されるおそれがある。本願の半導体装置の製造方法では、上記突出部が形成された炭化珪素半導体基板が準備されるため、上記ピットの形成が抑制される。その結果、本願の半導体装置の製造方法によれば、高い信頼性を有する半導体装置を製造することができる。 As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device including the step of forming the oxide film (sacrificial oxide film) on the surface of the epi layer and then removing the oxide film, the pits may be formed on the surface of the epi layer. There is. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present application, the formation of the pits is suppressed because the silicon carbide semiconductor substrate on which the protrusions are formed is prepared. As a result, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present application, a semiconductor device having high reliability can be manufactured.
[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明にかかる炭化珪素半導体基板の一実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
[Details of the embodiment of the present invention]
Next, an embodiment of a silicon carbide semiconductor substrate according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
図1を参照して、本実施の形態における炭化珪素半導体基板であるエピ基板について説明する。図1を参照して、エピ基板10は、基板11と、エピ層12とを備える。
Referring to FIG. 1, an epi-substrate which is a silicon carbide semiconductor substrate in the present embodiment will be described. Referring to FIG. 1, an
基板11は、4H炭化珪素からなっている。基板11は、たとえば窒素(N)などのn型不純物を含むことにより、導電型がn型となっている。基板11は、0°を超え5°未満のオフ角を有する。エピ層12は、炭化珪素からなっている。エピ層12は、基板11の第1の主面11A上にエピタキシャル成長により形成された層である。エピ層12は、基板11とは反対側の主面であるエピ主面12Aを有する。エピ主面12Aは、c面に対するオフ角が4°以下であるエピ基板10の表面(主面)である。
図1〜図3を参照して、エピ主面12Aには、三角形形状を有する複数の凹部92が形成されている。凹部92に重なるように、炭化珪素からなる突出部91が形成されている。突出部91は、多角錐形状、多角錐台形状、円錐形状、円錐台形状などの形状を有している。本実施の形態において、突出部91は六角錐状の形状を有している。平面的に見て、突出部91は、多角形、円形などの形状を有している。本実施の形態において、突出部91は六角形状の形状を有している。図2を参照して、エピ層12の表面側から見て、突出部91の重心Aは凹部92内に位置する。本実施の形態において、突出部91は凹部92内に形成されている。エピ層12の表面側から見て、突出部91の重心Aは、凹部92の重心Gと凹部92の頂点Pとの間に位置している。エピ層12の表面側から見て、突出部91は、凹部92の重心Gと頂点Pとの間に位置している。突出部91の重心Aは、凹部92の重心Gから見て[−1−120]側に位置している。突出部91および凹部92の存在は、たとえばAFM(Atomic Force Microscope)を用いて確認することができる。
Referring to FIGS. 1 to 3, a plurality of
次に、本実施の形態における炭化珪素半導体基板および半導体装置の製造方法の一例について説明する。図4を参照して、本実施の形態における炭化珪素半導体基板であるエピ基板10の製造方法では、まず、工程(S10)として基板準備工程が実施される。この工程(S10)では、図1を参照して、たとえば所望の濃度でn型不純物を含む4H−SiCからなるインゴットがスライスされることにより、基板11が準備される。基板11の第1の主面11Aは、c面に対するオフ角が0°を超え5°未満(4°以下)である表面である。
Next, an example of a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate and a semiconductor device in the present embodiment will be described. Referring to FIG. 4, in the method of manufacturing epi
次に、工程(S20)として第1エピタキシャル成長工程が実施される。この工程(S20)では、図1を参照して、工程(S10)において準備された基板11の第1の主面11A上にエピタキシャル成長により炭化珪素からなるエピ層12が形成される。エピタキシャル成長におけるステップフローは、たとえば[11−20]の向きとすることができる。エピ層12は、後述するドリフト領域13に含まれるべき所望のn型不純物を含むように形成される。
Next, a first epitaxial growth step is performed as a step (S20). In this step (S20), referring to FIG. 1,
エピタキシャル成長によるエピ層12の成長は、たとえばシラン(SiH4)、プロパン(C3H8)、水素(H2)およびアンモニア(NH3)を含む混合ガスを基板11の第1の主面11A上に供給することにより実施することができる。シランは、炭化珪素を構成する珪素の原料ガスである。プロパンは、炭化珪素を構成する炭素の原料ガスである。水素は、エピ層12の成長において、適切なステップフロー成長を維持するためのエッチングガスとして機能する。アンモニアは、不純物として導入される窒素の原料ガスである。アンモニアに代えて窒素(N2)が採用されてもよい。工程(S20)において、成長温度は一定とすることができる。成長温度は、たとえば1600℃とすることができる。ここで、基板11には、貫通転位が存在し、当該貫通転位はエピタキシャル成長により形成されるエピ層12内へと延びる。そして、図2および図3を参照して、[11−20]の向きのステップフローが維持されつつエピ層12が形成されると、エピ主面12Aには、エピ層12内へと延びた貫通転位99に対応するように、三角形状の平面形状を有する凹部92が形成される。この段階では、突出部91は形成されていない。
The
次に、工程(S30)として、第2エピタキシャル成長工程が実施される。この工程(S30)では、凹部92に重なるように突出部91が形成される。工程(S30)は、工程(S20)と同一装置を用いて引き続いて実施することができる。具体的には、工程(S30)では、工程(S20)のエピ層12の成長に用いられる上記混合ガスのうち、水素の供給が停止され、水素に代えてアルゴン(Ar)が供給される。ここで、図2および図3を参照して、貫通転位99に対応する領域では、ダングリングボンドが多く存在する。そのため、炭化珪素の成長速度およびエッチング速度は他の領域に比べて速い。エッチングガスとしての水素が供給される工程(S20)においては、炭化珪素の成長とエッチングとの速度のバランスが維持される。そのため、貫通転位99に対応する領域において、他の領域と同等の速度で炭化珪素が成長する。しかし、工程(S30)において水素の供給が停止されると、エッチングに比べて成長が優位な状態となる。そうすると、貫通転位99に対応する領域における炭化珪素の成長速度が他の領域に比べて速くなる。その結果、貫通転位99に対応する領域に突出部91が形成される。エピ層12内の貫通転位99の端部は凹部92内に位置する。そのため、突出部91は、凹部92に重なるように形成される。本実施の形態では、突出部91は凹部92の内部に形成される。工程(S30)において成長するエピ層12の厚みは、10nm以下とすることが好ましい。工程(S30)におけるエピ層12の成長速度は、たとえば15μm/h(約4nm/sec)とすることができる。つまり、工程(S30)における成長時間は12秒以内とすることが好ましい。
Next, a second epitaxial growth step is performed as a step (S30). In this step (S30), the
以上の工程により、エピ層12の表面側から見て、凹部92に重なるように炭化珪素からなる突出部91が形成されたエピ基板10が完成する。引き続き、エピ基板10を用いて実施される半導体装置の製造方法の一例であるMOSFETの製造方法について説明する。
Through the above steps, the
次に、工程(S40)としてイオン注入工程が実施される。この工程(S40)では、工程(S10)〜(S30)において準備されたエピ基板10に対してイオン注入が実施される。具体的には、図1および図5を参照して、まず、たとえばAlイオンなどのp型不純物となるべきイオンが、エピ層12のエピ主面12Aを含む領域に注入される。これにより、エピ層12内にボディ領域14が所望の間隔で複数形成される。次に、たとえばPイオンなどのn型不純物となるべきイオンが、上記ボディ領域14の厚みよりも浅い領域に注入される。これにより、各ボディ領域14内にソース領域15が形成される。次に、たとえばAlイオンなどのp型不純物となるべきイオンが、ソース領域15内にソース領域15の厚みと同等の厚みとなるように注入される。これにより、各ソース領域15内にコンタクト領域16が形成される。また、エピ層12において、ボディ領域14、ソース領域15およびコンタクト領域16のいずれも形成されない領域が、ドリフト領域13となる。
Next, an ion implantation step is performed as a step (S40). In this step (S40), ion implantation is performed on the epi-
次に、工程(S50)として活性化アニール工程が実施される。この工程(S50)では、図5を参照して、エピ基板10が所定の温度に加熱される。これにより、工程(S40)において注入された不純物が活性化し、不純物が注入された領域に所望のキャリアが生成する。
Next, an activation annealing step is performed as a step (S50). In this step (S50), referring to FIG. 5,
次に、図4を参照して、工程(S60)として犠牲酸化膜形成工程が実施される。この工程(S60)では、図5および図6を参照して、エピ基板10が、たとえば酸素を含む雰囲気中において加熱される。これにより、エピ層12のエピ主面12Aを覆うようにSiO2からなる熱酸化膜である犠牲酸化膜29が形成される。このとき、図3および図7を参照して、貫通転位99に対応する領域は、酸化速度が他の領域に比べて速い。そのため、貫通転位99に対応する領域、すなわち突出部91に対応する領域において犠牲酸化膜29の厚みが大きくなる。
Next, referring to FIG. 4, a sacrificial oxide film forming step is performed as a step (S60). In this step (S60), referring to FIGS. 5 and 6,
次に、図4を参照して、工程(S70)として犠牲酸化膜除去工程が実施される。この工程(S70)では、図6および図8を参照して、工程(S60)において形成された犠牲酸化膜29が除去される。犠牲酸化膜29の除去は、たとえばフッ酸を用いて実施することができる。これにより、先の工程においてエピ基板10に形成されたエピ主面12A付近の異常層等が除去される。このとき、図7および図9を参照して、突出部91に対応する領域の犠牲酸化膜29の厚みが他の領域に比べて大きいことから、突出部91が平坦化または除去される。
Next, referring to FIG. 4, a sacrificial oxide film removing step is performed as a step (S70). In this step (S70), referring to FIGS. 6 and 8,
次に、図4を参照して、工程(S80)としてゲート絶縁膜形成工程が実施される。この工程(S80)では、図8および図10を参照して、工程(S70)が実施されたエピ基板10が、たとえば酸素を含む雰囲気中において加熱される。これにより、エピ層12のエピ主面12Aを覆うようにSiO2からなる熱酸化膜であるゲート絶縁膜20が形成される。
Next, referring to FIG. 4, a gate insulating film forming step is performed as a step (S80). In this step (S80), referring to FIGS. 8 and 10,
次に、工程(S90)として、ゲート電極形成工程が実施される。この工程(S90)では、図10および図11を参照して、たとえばLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)により、適量の不純物を含むポリシリコンからなるゲート電極30がゲート絶縁膜20上に接触して形成される。
Next, a gate electrode forming step is performed as a step (S90). In this step (S90), referring to FIGS. 10 and 11, for example, by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition),
次に、工程(S100)として層間絶縁膜形成工程が実施される。この工程(S100)では、図11および図12を参照して、たとえばLPCVDによりSiO2からなる層間絶縁膜40がゲート電極30およびゲート絶縁膜20上を覆うように形成される。
Next, an interlayer insulating film forming step is performed as a step (S100). In this step (S100), referring to FIGS. 11 and 12, an
次に、図4を参照して、工程(S110)としてコンタクトホール形成工程が実施される。この工程(S110)では、図12および図13を参照して、層間絶縁膜40およびゲート絶縁膜20を貫通するコンタクトホール40Aが形成される。具体的には、コンタクトホール40Aを形成すべき領域に開口を有するマスク層を形成し、当該マスク層をマスクとして用いて、たとえばRIE(Reactive Ion Etching)を実施することにより、コンタクトホール40Aを形成することができる。コンタクトホール40Aからは、エピ層12のエピ主面12A(より具体的にはソース領域15およびコンタクト領域16の表面)が露出する。
Next, referring to FIG. 4, a contact hole forming step is performed as a step (S110). In this step (S110), referring to FIGS. 12 and 13,
次に、図4を参照して、工程(S120)として金属膜形成工程が実施される。この工程(S120)では、図13および図14を参照して、コンタクトホール40Aから露出するエピ層12のエピ主面12A(より具体的にはソース領域15およびコンタクト領域16の表面)に接触するようにソース電極60となるべき金属膜が形成される。具体的には、コンタクトホール40Aから露出するエピ層12のエピ主面12Aおよびコンタクトホール40Aの側壁を覆い、層間絶縁膜40上にまで延在するように、たとえばTi膜、Al膜およびSi膜がこの順に成膜される。また、同様の構造を有する金属膜が、基板11の第2の主面11Bを覆うように成膜される。金属膜の成膜は、たとえばスパッタリングにより実施することができる。
Next, referring to FIG. 4, a metal film forming step is performed as a step (S120). In this step (S120), referring to FIGS. 13 and 14, contact is made with epi
次に、図4を参照して、工程(S130)として合金化アニール工程が実施される。この工程(S130)では、工程(S120)において形成された金属膜が加熱されて合金化される。これにより、エピ層12とオーミック接触するソース電極60、および基板11とオーミック接触するドレイン電極70が得られる。
Next, referring to FIG. 4, an alloying annealing step is performed as a step (S130). In this step (S130), the metal film formed in step (S120) is heated and alloyed. Thus, a
次に、工程(S140)として、配線形成工程が実施される。この工程(S140)では、図14および図15を参照して、たとえば蒸着法により、Alなどの導電体からなるソース配線80が、ソース電極60に接触するように形成される。以上の手順により、本実施の形態のMOSFET1を製造することができる。
Next, a wiring forming step is performed as a step (S140). In this step (S140), referring to FIGS. 14 and 15, a
図15を参照して、MOSFET1は、基板11とエピ層12とを含むエピ基板10と、ゲート絶縁膜20と、ゲート電極30と、層間絶縁膜40と、ソース電極60と、ドレイン電極70と、ソース配線80とを備えている。
Referring to FIG. 15, MOSFET 1 includes an epi-
エピ層12の基板11とは反対側の主面であるエピ主面12Aを含むように、ボディ領域14が配置されている。ボディ領域14は、エピ主面12Aに沿って互いに所定の間隔をおいて複数形成されている。ボディ領域14は、たとえばアルミニウム(Al)、硼素(B)などのp型不純物を含むことにより導電型がp型となっている。
The
エピ主面12Aを含み、かつ各ボディ領域14に取り囲まれるように、ソース領域15が配置されている。ソース領域15は、たとえばリン(P)などのn型不純物を含むことにより、導電型がn型となっている。
エピ主面12Aを含み、かつソース領域15に取り囲まれるように、コンタクト領域16が配置されている。コンタクト領域16は、たとえばAl、Bなどのp型不純物を含むことにより、導電型がp型となっている。
Contact
そして、エピ層12において、ボディ領域14、ソース領域15およびコンタクト領域16以外の領域は、ドリフト領域13となっている。ドリフト領域13は、たとえばNなどのn型不純物を含むことにより、導電型がn型となっている。ソース領域15は、ドリフト領域13に比べて高いn型不純物の濃度を有している。また、コンタクト領域16は、ボディ領域14に比べて高いp型不純物の濃度を有している。
In the
ゲート絶縁膜20は、たとえば二酸化珪素(SiO2)などの酸化物からなる酸化膜である。ゲート絶縁膜20は、エピ主面12A上に接触して配置されている。ゲート絶縁膜20は、一のボディ領域14に取り囲まれて配置されるソース領域15上から、一のボディ領域14に隣接する他のボディ領域14に取り囲まれて配置されるソース領域15上にまで延在している。
ゲート電極30は、ゲート絶縁膜20上に接触して配置される。ゲート電極30は、たとえば不純物が添加されたポリシリコンなどの導電体からなっている。ゲート電極30は、一のボディ領域14に取り囲まれて配置されるソース領域15上から、一のボディ領域14に隣接する他のボディ領域14に取り囲まれて配置されるソース領域15上にまで延在している。
層間絶縁膜40は、SiO2などの絶縁体からなっている。層間絶縁膜40は、ゲート絶縁膜20上においてゲート電極30を取り囲むように形成されている。そして、層間絶縁膜40およびゲート絶縁膜20を厚み方向に貫通するように、コンタクトホール40Aが形成されている。すなわち、コンタクトホール40Aの側壁面は、ゲート絶縁膜20および層間絶縁膜40から構成される。コンタクトホール40Aからは、ソース領域15およびコンタクト領域16が露出している。
The
ソース電極60は、コンタクトホール40Aから露出するエピ層12のエピ主面12A(より具体的にはソース領域15およびコンタクト領域16の表面)およびコンタクトホール40Aを規定する側壁面を構成する層間絶縁膜40の表面を覆うとともに、層間絶縁膜40上にまで延在するように配置されている。ソース電極60は、導電体からなっている。具体的には、ソース電極60は、たとえばTi(チタン)、AlおよびSi(珪素)を含む金属膜であって、たとえばTiAlSi合金からなっている。
The
ドレイン電極70は、基板11の第2の主面11B上に接触して配置されている。ドレイン電極70は、導電体からなっている。具体的には、ドレイン電極70は、たとえばTi、AlおよびSiを含む金属膜であって、たとえばTiAlSi合金からなっている。
ソース配線80は、ソース電極60および層間絶縁膜40を覆うように形成されている。ソース配線80は、たとえばAlなどの導電体からなっている。ソース配線80は、ソース電極60を介してソース領域15と電気的に接続されている。
The
MOSFET1のゲート電極30に印加される電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちMOSFET1がオフの状態では、ソース電極60とドレイン電極70との間に電圧が印加されても、ボディ領域14とドリフト領域13とで形成されるpn接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極30に閾値電圧以上の電圧が印加されてMOSFET1がオンの状態になると、ボディ領域14においてゲート絶縁膜20を挟んでゲート電極30に対向する表面層に半転層が形成される。その結果、ソース領域15とドリフト領域13とが電気的に接続された状態となり、ソース電極60とドレイン電極70との間に電流が流れる。以上のように、MOSFET1は動作する。
When the voltage applied to the
ここで、凹部92内の貫通転位99に対応する領域は、上述のように酸化速度が速い。そのため、何ら対策を採らない場合、工程(S60)における犠牲酸化膜29の形成に際して、凹部92内の貫通転位99に対応する領域の酸化膜の厚さが大きくなる。そして、工程(S70)において犠牲酸化膜29が除去されると、凹部92内の貫通転位99に対応する領域に、平面的に見た外形形状が六角形であるピットが形成される。そして、工程(S80)においてピットが形成されたエピ層12のエピ主面12Aに接触するようにゲート絶縁膜20が形成されると、ゲート絶縁膜20の厚みのばらつきに起因して電界集中が生じ、ゲート絶縁膜20の信頼性が低下する。その結果、MOSFET1の動作の信頼性が低下する。
Here, the region corresponding to the threading
これに対し、本実施の形態におけるMOSFET1の製造方法では、凹部92に重なるように炭化珪素からなる突出部91が形成されたエピ基板10が用いられる。そのため、工程(S60)において凹部92内の貫通転位99に対応する領域の酸化膜の厚さが大きくなっても、当該領域に突出部91が形成されていることにより、上記ピットの形成が抑制される。このように、本実施の形態のエピ基板10は、高い信頼性を有する半導体装置の製造に使用可能な炭化珪素半導体基板となっている。また、本実施の形態のMOSFET1の製造方法によれば、高い信頼性を有するMOSFET1を製造することができる。
On the other hand, in the method of manufacturing MOSFET 1 in the present embodiment, epi
エピ基板10において、複数の凹部92のうち、半数以上の凹部92に突出部91が形成されていることが好ましい。これにより、上記ピットの形成を、より確実に抑制することができる。複数の凹部92のうち、80%以上の凹部92に突出部91が形成されていることがより好ましい。
In the epi-
凹部92のそれぞれには、突出部91が1つずつ形成されていることが好ましい。これにより、上記ピットの形成を、より確実に抑制することができる。また、突出部91の高さは、10nm以下とすることが好ましい。
It is preferable that one
上記実施の形態においては、半導体装置の一例としてMOSFETについて説明したが、本願の製造方法によって製造可能な半導体装置はこれに限られず、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など、他の構造の半導体装置であってもよい。 In the above embodiment, the MOSFET has been described as an example of the semiconductor device. However, the semiconductor device that can be manufactured by the manufacturing method of the present application is not limited to this. For example, a semiconductor device having another structure such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. It may be.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed this time are illustrative in all aspects and are not restrictive in any aspect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本願の炭化珪素半導体基板および半導体装置の製造方法は、動作の信頼性の向上が求められる半導体装置の製造に、特に有利に適用され得る。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate and a semiconductor device of the present application can be particularly advantageously applied to the manufacture of a semiconductor device that requires improvement in operation reliability.
1 MOSFET
10 エピ基板
11 基板
11A,11B 主面
12 エピ層
12A エピ主面
13 ドリフト領域
14 ボディ領域
15 ソース領域
16 コンタクト領域
20 ゲート絶縁膜
29 犠牲酸化膜
30 ゲート電極
40 層間絶縁膜
40A コンタクトホール
60 ソース電極
70 ドレイン電極
80 ソース配線
91 突出部
92 凹部
99 貫通転位
1 MOSFET
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記4H炭化珪素基板上に形成された炭化珪素からなるエピ層と、を備え、
前記エピ層の表面には、三角形状の凹部と、炭化珪素からなる突出部とが形成されており、
前記エピ層の表面側から見て、前記突出部は前記凹部と重なる、
炭化珪素半導体基板。 A 4H silicon carbide substrate having an off angle of more than 0 ° and less than 5 °,
An epi layer made of silicon carbide formed on the 4H silicon carbide substrate,
A triangular recess and a protrusion made of silicon carbide are formed on the surface of the epi layer,
When viewed from the surface side of the epi layer, the protrusion overlaps the recess,
Silicon carbide semiconductor substrate.
請求項1に記載の炭化珪素半導体基板。 When viewed from the surface side of the epi layer, the center of gravity of the protrusion is in the recess.
The silicon carbide semiconductor substrate according to claim 1.
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体基板。 On the surface of the epi layer, a plurality of the concave portions are formed,
The silicon carbide semiconductor substrate according to claim 1.
半数以上の前記凹部に、前記突出部が形成されている、
請求項3に記載の炭化珪素半導体基板。 A plurality of the protrusions are formed on the surface of the epi layer,
The protrusion is formed in at least half of the recesses,
The silicon carbide semiconductor substrate according to claim 3.
請求項4に記載の炭化珪素半導体基板。 In each of the recesses, the protrusion is formed one by one,
The silicon carbide semiconductor substrate according to claim 4.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体基板。 When viewed from the surface side of the epi layer, the protrusion is formed in the recess.
The silicon carbide semiconductor substrate according to claim 1.
前記エピ層の表面を酸化することにより酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を除去する工程と、を備える、
半導体装置の製造方法。
A step of preparing the silicon carbide semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 5,
Forming an oxide film by oxidizing the surface of the epi layer;
Removing the oxide film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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