JP7135839B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP7135839B2 JP7135839B2 JP2018240998A JP2018240998A JP7135839B2 JP 7135839 B2 JP7135839 B2 JP 7135839B2 JP 2018240998 A JP2018240998 A JP 2018240998A JP 2018240998 A JP2018240998 A JP 2018240998A JP 7135839 B2 JP7135839 B2 JP 7135839B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- carbide semiconductor
- semiconductor device
- electrode
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 133
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 133
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 52
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 claims description 43
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 39
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 28
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 24
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 23
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 23
- 229910005883 NiSi Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 91
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 76
- 229910018104 Ni-P Inorganic materials 0.000 description 30
- 229910018536 Ni—P Inorganic materials 0.000 description 30
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910005881 NiSi 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 5
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 229910012990 NiSi2 Inorganic materials 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
特許法第30条第2項適用 平成29年11月1日 名古屋国際会議場において開催された先進パワー半導体分科会第4回講演会にて「レーザーアニールによるSiCデバイスのオーミック電極の形成 -Ni-Pめっき膜による裏面電極の形成ー」で発表Application of
特許法第30条第2項適用 河合潤、杉浦和彦、”レーザーアニールによるSiCデバイスのオーミック電極の形成 -Ni-Pめっき膜による裏面電極の形成ー”、先進パワー半導体分科会誌第4回講演会予稿集、公益社団法人応用物理学会先進パワー半導体分科会、平成29年11月1日、第169-170ページApplication of
本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)で構成される半導体素子のオーミック電極のコンタクト抵抗の低減を実現できるSiC半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a SiC semiconductor device capable of reducing the contact resistance of an ohmic electrode of a semiconductor element made of silicon carbide (hereinafter referred to as SiC), and a method of manufacturing the same.
SiC基板を用いて縦型パワーデバイス等の半導体素子を形成する場合、デバイスを電気回路等と接続するための電極、特に基板裏面側のドレイン電極を形成するに際し、接触抵抗を低減させたオーミック電極を形成することが望まれている。 When forming a semiconductor element such as a vertical power device using a SiC substrate, an ohmic electrode that reduces contact resistance when forming an electrode for connecting the device to an electric circuit or the like, especially a drain electrode on the back side of the substrate. It is desired to form
また、デバイスのオン抵抗を低減するために、SiC基板の表面側にデバイスを構成する各種不純物層や電極などを形成したのち、SiC基板の裏面側を研削して薄板化することで、基板抵抗を低減することが検討されている。この場合、SiC基板の裏面側を研削したのち、裏面側にオーミック電極を形成することが必要となる。ただし、オーミック電極を形成する際に、既に、SiC基板の表面側に、デバイスを構成する各種不純物層や電極が形成されていることから、これらに熱的ダメージを与えないようにすることが必要となる。例えば、熱的ダメージを与えないようにする技術として、局所的な加熱を行うことができるレーザアニール技術が使用されている。 In addition, in order to reduce the on-resistance of the device, after forming various impurity layers and electrodes constituting the device on the front surface side of the SiC substrate, the back surface side of the SiC substrate is ground and thinned to reduce the substrate resistance. is considered to be reduced. In this case, after grinding the back side of the SiC substrate, it is necessary to form an ohmic electrode on the back side. However, when forming the ohmic electrode, various impurity layers and electrodes that make up the device are already formed on the surface side of the SiC substrate, so it is necessary not to give thermal damage to these. becomes. For example, as a technique for preventing thermal damage, a laser annealing technique capable of performing local heating is used.
ここで、レーザアニールなどを用いてオーミック電極を形成する方法として、例えばイオン注入した不純物をレーザアニールで活性化する方法がある。しかしながら、イオン注入装置が高額であることに加えて、イオン注入工程自体、高額な費用がなる。このため、イオン注入工程を行うことなくオーミック電極が得られるようにすることが望ましい。 Here, as a method of forming an ohmic electrode using laser annealing or the like, for example, there is a method of activating ion-implanted impurities by laser annealing. However, in addition to expensive ion implanters, the ion implantation process itself is expensive. Therefore, it is desirable to obtain an ohmic electrode without performing an ion implantation process.
そこで、特許文献1において、SiC上に電極材料としてNi(ニッケル)などを成膜し、レーザアニールを行うことでSiCに含まれるSiとの結合でシリサイド化させたシリサイド層を形成し、オーミック接合が得られるようにする方法が提案されている。
Therefore, in
しかしながら、シリサイド層の形成だけでは良好なオーミック特性を得ることができない場合があったり、SiCと電極との間の密着強度が弱くなるなどの課題が生じた。 However, problems have arisen such as that good ohmic characteristics cannot be obtained only by forming a silicide layer, and that the adhesion strength between SiC and electrodes is weakened.
本発明は上記点に鑑みて、より良好なオーミック特性を得ることができ、SiCと電極との間の密着強度も強くできるSiC半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a SiC semiconductor device capable of obtaining better ohmic characteristics and increasing the adhesion strength between SiC and an electrode, and a method of manufacturing the same.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、表面(1a)および裏面(1b)を有する炭化珪素半導体基板(1)と、該炭化珪素半導体基板の表面側と裏面側の少なくとも一方において、炭化珪素とオーミック接合させられたオーミック電極(11)とを有するSiC半導体装置であって、オーミック電極は、0.1wt%以上かつ15wt%以下の不純物となるPが含まれたNiが電極材料として用いられ、NiSiにて構成されるNiシリサイドを含んでいると共に、該Niシリサイド中にNi5P2が含まれており、オーミック電極は、X線回折装置にて測定した結晶子径Xsが30nm以上となっている。
In order to achieve the above object, the invention according to
このように、NiシリサイドとしてNi5P2が含まれるようにすることでNiSiが形成されるようにしたオーミック電極は、コンタクト抵抗が低く、SiCとの密着強度が高いものとなる。これにより、より良好なオーミック特性を得ることができ、SiCと電極との間の密着強度も強くできるSiC半導体装置とすることが可能となる。 Thus, the ohmic electrode in which NiSi is formed by including Ni 5 P 2 as Ni silicide has a low contact resistance and a high adhesion strength with SiC. As a result, it is possible to obtain a SiC semiconductor device in which better ohmic characteristics can be obtained and the adhesion strength between SiC and the electrode can be increased.
請求項7および8に記載のSiC半導体装置の製造方法では、オーミック接合させられる炭化珪素上に、0.1wt%以上かつ15wt%以下の不純物となるPが含まれたNiが電極材料として用いられた金属薄膜(110)を形成することと、金属薄膜に対してレーザ光(50)を照射し、Niを炭化珪素中のSiと反応させてNiシリサイドを生成するレーザアニールを行ってオーミック電極を形成することと、を含んでいる。そして、請求項7に記載のSiC半導体装置の製造方法では、金属薄膜を形成する際に、レーザアニールにおけるレーザエネルギーを8W以上としてPの濃度を5.5wt%以下としている。また、請求項8に記載のSiC半導体装置の製造方法においては、金属薄膜を形成する際に、レーザアニールにおけるレーザエネルギーを7W以上としてPの濃度を6.5wt%以下としている。
In the method of manufacturing a SiC semiconductor device according to
このように、金属薄膜としてシリサイドを形成するNiに対して不純物となるPを含ませた材料を用い、それをレーザアニールすることでオーミック電極を形成する。これにより、より良好なオーミック特性を得ることが可能となり、SiCと電極との間を高い密着強度とすることができる。また、レーザアニールの場合、短時間での局所的なアニールが可能となるため、デバイスへの熱的ダメージを抑制することが可能となる。 In this way, the ohmic electrode is formed by laser-annealing a material in which P, which is an impurity, is added to Ni forming silicide as the metal thin film. As a result, better ohmic characteristics can be obtained, and high adhesion strength can be achieved between the SiC and the electrode. Also, in the case of laser annealing, local annealing can be performed in a short period of time, so thermal damage to the device can be suppressed.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 It should be noted that the reference numerals in parentheses attached to each component etc. indicate an example of the correspondence relationship between the component etc. and specific components etc. described in the embodiments described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each of the following embodiments, portions that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。まず、図1を参照して、本実施形態にかかるSiC半導体装置について説明する。本実施形態では、SiC半導体素子としてのプレーナ型の縦型パワーMOSFETを備えるSiC半導体装置について説明する。本SiC半導体装置は、例えばインバータに適用すると好適なものである。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described. First, the SiC semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a SiC semiconductor device including a planar vertical power MOSFET as a SiC semiconductor element will be described. This SiC semiconductor device is suitable for application to, for example, an inverter.
縦型パワーMOSFETは、n+型SiC基板1を用いて形成されている。n+型SiC基板1は、上面を主表面1aとし、主表面1aの反対面である下面を裏面1bとしており、単結晶SiCからなるものである。例えば、n+型SiC基板1として、不純物濃度が1×1018cm-3のものを用いている。
A vertical power MOSFET is formed using an n + -
n+型SiC基板1の主表面1a上には、n+型SiC基板1よりも低いドーパント濃度を有するSiCにて構成されたn-型エピタキシャル層(以下、n-型エピ層という)2が積層されている。
On the main surface 1a of the n + -
n-型エピ層2の表層部における所定領域には、所定深さを有するp-型ベース領域3a、3bが互いに離れて形成されている。また、p-型ベース領域3a、3bには、一部厚さが厚くなったディープベース層30a、30bが備えられている。このディープベース層30a、30bは、後述するn+型ソース領域4a、4bに重ならない部分に形成されている。そして、p-型ベース領域3a、3bのうちディープベース層30a、30bが形成された厚みの厚くなった部分が、ディープベース層30a、30bが形成されていない厚みの薄い部分よりも不純物濃度が濃くなっている。このようなディープベース層30a、30bを形成することによって、n+型SiC基板1とディープベース層30a、30bとの間の電界強度を高くすることができ、この位置でアバランシェブレークダウンさせ易くすることができる。
P − -
p-型ベース領域3aの表層部における所定領域には、当該p-型ベース領域3aよりも浅いn+型ソース領域4aが形成されている。また、p-型ベース領域3bの表層部における所定領域には、当該p-型ベース領域3bよりも浅いn+型ソース領域4bが形成されている。
An n + -
さらに、n+型ソース領域4aとn+型ソース領域4bとの間におけるn-型エピ層2およびp-型ベース領域3a、3bの表面部にはn-型層5aおよびn+型層5bからなるn型SiC層5が延設されている。つまり、p-型ベース領域3a、3bの表面部においてソース領域4a、4bとn-型エピ層2とを繋ぐようにn型SiC層5が配置されている。このn型SiC層5は、デバイスの動作時にデバイス表面においてチャネル形成層として機能する。以下、n型SiC層5を表面チャネル層という。
Further, n − -
表面チャネル層5は、例えばn-型エピ層2およびp-型ベース領域3a、3bの表面部にn型不純物をイオン注入することで形成されている。表面チャネル層5のうちp-型ベース領域3a、3bの上部に配置されたn-型層5aのドーパント濃度は、n-型エピ層2およびp-型ベース領域3a、3bのドーパント濃度以下となっている。また、n-型エピ層2の表面部に形成されたn+型層5bのドーパント濃度は、n-型エピ層2よりも高濃度とされている。これにより、低オン抵抗化が図られている。
The
また、p-型ベース領域3a、3b、n+型ソース領域4a、4bの表面部には凹部6a、6bが形成されており、凹部6a、6bの底部からp型不純物濃度が濃いディープベース層30a、30bが露出させられている。
表面チャネル層5の上面およびn+型ソース領域4a、4bの上面にはシリコン酸化膜などで構成されるゲート絶縁膜7が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜7の上にはゲート電極8が形成されており、ゲート電極8はシリコン酸化膜などで構成される絶縁膜9にて覆われている。このように、n+型SiC基板1に対してSiC半導体素子となる縦型パワーMOSFETが形成されている。
A
そして、n+型SiC基板1の表面1a側において、絶縁膜9の上を覆うようにソース電極10が形成されており、n+型ソース領域4a、4bおよびp-型ベース領域3a、3bに接続されている。
A
また、n+型SiC基板1の裏面1b側において、ドレイン電極11が形成されている。ドレイン電極11は、n+型SiC基板1の裏面1bに対してオーミック接合されたオーミック電極となっている。ドレイン電極11は、SiCと反応することでシリサイドとカーバイドの少なくとも一方の金属反応物を構成する材料で、かつ、少なくとも一部が不純物を含む金属で構成されている。ドレイン電極11は、不純物としてn型不純物となるP(リン)を導入したNi層(以下、Ni-P層という)をレーザアニールしたもので構成されている。Ni層中のP濃度は、0.1~15wt%と比較的低い濃度範囲とされている。そして、ドレイン電極11は、金属Ni、Ni5P2、NiSi2およびNiSiを含んでおり、少なくともNi5P2およびNiSiを含んでいて、結晶性が良好になっている。
A
金属Niは、シリサイド化などが行われていない未反応のNiのことである。NiSi2は、Niシリサイドとして一般的に形成されるものであり、従来のNiを電極材料として用いてレーザアニールを行う場合にも生成されている材料である。Ni5P2は、不純物としてn型不純物となるPを導入したことにより生成されたものである。このNi5P2の機能については明確になっていないが、NiSiの生成のための触媒として機能していると推測される。NiSiは、NiSi2よりもSiCとの間のコンタクト抵抗が小さいシリサイドである。このNiSiは、電極材料に不純物を導入し、かつ、レーザアニールしたことにより生成される。 Metallic Ni is unreacted Ni that has not undergone silicidation or the like. NiSi 2 is generally formed as Ni silicide, and is a material that is also produced when conventional Ni is used as an electrode material and laser annealing is performed. Ni 5 P 2 is produced by introducing P, which is an n-type impurity, as an impurity. Although the function of this Ni 5 P 2 is not clear, it is presumed that it functions as a catalyst for the production of NiSi. NiSi is a silicide that has a lower contact resistance with SiC than NiSi2. This NiSi is produced by introducing an impurity into the electrode material and performing laser annealing.
なお、ここでは電極材料としてNiを用いているが、Niに他の電極材料を加えても良い。その場合、Niを含む複数の電極材料を積層した構造もしくは混合した構造とすることができる。また、複数の電極材料を用いる場合、そのうちの少なくともNiにPが含まれていれば良く、すべての電極材料にPが含まれている必要はない。例えば、Ni-P層を用いる場合でも、SiC上にMo(モリブデン)層を成膜し、その上にNi-P層を成膜したような積層構造とすることができる。また、Moの他の電極材料としては、Ti(チタン)、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)、W(タングステン)など、SiCと反応してカーバイドを生成する材料を適用できる。 Although Ni is used as the electrode material here, other electrode materials may be added to Ni. In that case, a structure in which a plurality of electrode materials containing Ni are laminated or mixed can be used. Moreover, when a plurality of electrode materials are used, it is sufficient that at least Ni among them contains P, and it is not necessary that all of the electrode materials contain P. For example, even when a Ni—P layer is used, it is possible to form a laminated structure in which a Mo (molybdenum) layer is formed on SiC and a Ni—P layer is formed thereon. As electrode materials other than Mo, materials such as Ti (titanium), Nb (niobium), Ta (tantalum), and W (tungsten) that react with SiC to form carbides can be applied.
以上のような構造によって、本実施形態にかかる縦型の半導体素子を備えたSiC半導体装置が構成されている。 The SiC semiconductor device having the vertical semiconductor element according to the present embodiment is configured by the structure as described above.
次に、図1に示す縦型パワーMOSFETの製造方法について説明する。ただし、本実施形態にかかる縦型パワーMOSFETの基本的な製造方法に関しては従来と同様であるため、従来と異なるドレイン電極11の形成方法について主に説明する。
Next, a method for manufacturing the vertical power MOSFET shown in FIG. 1 will be described. However, since the basic manufacturing method of the vertical power MOSFET according to this embodiment is the same as the conventional method, the method of forming the
本実施形態にかかる縦型パワーMOSFETは、図2に示す各製造工程を経て製造される。 The vertical power MOSFET according to this embodiment is manufactured through each manufacturing process shown in FIG.
まず、図2(a)に示すように、例えば350μmの厚みで構成されたn+型SiC基板1を用意する。n+型SiC基板1は、例えばn型不純物をドープしたSiCインゴットをスライスしたのち研磨することによって製造される。そして、図示しないが、n+型SiC基板1の表面側に半導体素子の構成要素の少なくとも一部を形成するデバイス形成工程を行う。すなわち、n-型エピ層2をエピタキシャル成長させたのち、図示しないマスクを用いたイオン注入により、p-型ベース領域3a、3bやディープベース層30a、30bの形成工程、n+型ソース領域4a、4bの形成工程、表面チャネル層5の形成工程を行う。さらに、ゲート絶縁膜7の形成工程、ゲート電極8の形成工程、絶縁膜9の形成工程およびソース電極10の形成工程等を行うことで、デバイスとして縦型パワーMOSFETの各構成要素を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an n + -
その後、図示しないが、研削研磨によってn+型SiC基板1の裏面1b側の一部を除去し、n+型SiC基板1を薄膜化する。例えば、n+型SiC基板1の裏面1b側を表に向け、その反対側の一面をガラス基板に貼り付けた後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などを行うことでn+型SiC基板1の裏面1b側の一部を除去する。そして、図2(b)~(d)に示す工程を行うことで、薄膜化後のn+型SiC基板1の裏面1b上にドレイン電極11を形成する工程を行う。
After that, although not shown, a portion of the n + -
具体的には、図2(b)に示す工程として、薄膜化後のn+型SiC基板1の裏面1bに対して、不純物が含まれた金属薄膜110を形成する。金属薄膜110としてはNi-P層を用いており、n+型SiC基板1の裏面1bを表面処理して活性化させたのち、無電解めっきを行うことによってNi-P層を形成している。Ni-P層中のP濃度については、0.1~15wt%と比較的低い濃度範囲としてあり、厚みについては、例えば50~300nmとしている。
Specifically, as a step shown in FIG. 2B, a metal
また、SiCとの間にカーバイドを形成するために、裏面1b上にMo層を形成してからNi-P層を形成するようにしても良い。Mo層を形成する場合、NiとMoとのモル比が例えば1~2:1のように、NiがMo以上のモル比となるようにすると良い。また、Mo層とNi-P層との積層構造に限らず、NiとMoの混合金属に対してPが含まれたものとされていても良い。
Also, in order to form carbide between SiC and SiC, the Ni—P layer may be formed after the Mo layer is formed on the
次に、図2(c)に示す工程として、金属薄膜110にレーザ光50を照射することによりレーザアニールを行う。例えば、LD励起固体レーザなどの固体レーザを用いて、スキャニングしながらX-Y平面上において金属薄膜110が形成されたn+型SiC基板1を走査し、レーザ光50をn+型SiC基板1の裏面1b側に照射する。このように、レーザアニールのような局所的なアニールとすることで、レーザ照射されていない領域の高温化を抑制できる低温プロセスによってドレイン電極11をオーミック接合させることが可能となる。このため、n+型SiC基板1の表面1a側に形成されたデバイスへの影響を抑制することが可能となる。なお、ここでいう低温プロセスとは、デバイスへの熱的ダメージを抑制できる温度、具体的には一般的にデバイスの配線材料としているAl(アルミニウム)がプロセス中で溶融しない温度であり、例えば400℃以下の温度でのプロセスを意味している。
Next, as a step shown in FIG. 2C, laser annealing is performed by irradiating the metal
このとき、例えば基本波長が1064nmの固体レーザを用い、波長変換アダプタにて3倍波となる355nmもしくは4倍波となる266nmの波長に変換したものをレーザ光50として用いている。これらの波長とすることで、レーザ光50がSiCを透過しないようにできる。また、レーザ光50のエネルギー密度を1.4J/cm2以上、例えば1.4~3.0J/cm2としている。
At this time, for example, a solid-state laser having a fundamental wavelength of 1064 nm is used, and the
これにより、金属薄膜110を構成する金属元素、ここではNiとn+型SiC基板1に含まれるSiとがシリサイド化反応し、金属シリサイドが生成される。また、金属薄膜110にMo等のカーバイド化される金属元素が含まれている場合には、その金属元素とn+型SiC基板1に含まれるCとが反応し、金属カーバイドが生成される。Moの場合には、Moカーバイドが形成されることになる。
As a result, the metal element forming the metal
このようにして、図2(d)に示すようなドレイン電極11が形成される。なお、この後は図示しないが、必要に応じてバリアメタルとなるTi、はんだ付け時の共晶材料Ni、酸化保護剤となるAu(金)などを順に積層することもできる。そして、ドレイン電極11側にダイシングテープを貼り付けてガラス基板から剥離したのち、ダイシングを行ってチップ単位に分割することで、SiC半導体装置が完成する。
Thus, the
ここで、ドレイン電極11の形成の際に、上記したように、金属薄膜110をシリサイドとカーバイドの少なくとも一方の金属に不純物を含ませ、それをレーザアニールすることでドレイン電極11を形成している。このため、より良好なオーミック特性を得ることが可能となり、SiCと電極との間を高い密着強度とすることができていた。これについて、実験結果を参照して説明する。
Here, when the
まず、電極材料としてNi-P層を無電解めっきで形成したのちレーザアニールした場合と、従来電極材料として用いられていたNi層をスパッタで形成したのちレーザアニールした場合とで、SiCと電極材料のコンタクト抵抗を調べた。Ni-P層については、P濃度を0.6wt%とした場合と3wt%とした場合、それぞれについて調べた。レーザアニールについては、レーザエネルギーが8Wとなるようにレーザ光のデューティ比を調整した。図3は、その結果を示した図である。 First, a Ni—P layer was formed as an electrode material by electroless plating and then laser annealed, and a Ni layer conventionally used as an electrode material was formed by sputtering and then laser annealed. was examined for contact resistance. Regarding the Ni--P layer, the cases where the P concentration was 0.6 wt % and 3 wt % were examined. For laser annealing, the duty ratio of laser light was adjusted so that the laser energy was 8W. FIG. 3 is a diagram showing the results.
この図に示されるように、Ni層を用いた場合、コンタクト抵抗が低くなった場合も有ったが、複数回の実験結果を平均すると0.41mΩ・cm2となっており、バラツキは±0.10mΩ・cm2であった。これに対して、Ni-P層を用い、P濃度を0.6wt%とした場合には、複数回の実験結果を平均すると0.33mΩ・cm2となっており、バラツキは±0.03mΩ・cm2であった。また、Ni-P層を用い、P濃度を3wt%とした場合には、複数回の実験結果を平均すると0.30mΩ・cm2となっており、バラツキは±0.02mΩ・cm2であった。 As shown in this figure, when the Ni layer was used, the contact resistance was lowered in some cases, but the average of the results of multiple experiments was 0.41 mΩ·cm 2 , and the variation was within ± It was 0.10 mΩ·cm 2 . On the other hand, when the Ni—P layer is used and the P concentration is 0.6 wt %, the average of the results of multiple experiments is 0.33 mΩ·cm 2 , and the variation is ±0.03 mΩ.・cm2 . When the Ni—P layer was used and the P concentration was 3 wt %, the average of the results of multiple experiments was 0.30 mΩ·cm 2 , and the variation was ±0.02 mΩ·cm 2 . rice field.
この実験結果から、Ni-P層を用いてレーザアニールした場合には、コンタクト抵抗が平均的に小さく、かつ、そのバラツキが小さくなっていることが確認できる。このことから、Ni-P層を用いてレーザアニールを行うことで、安定して低いコンタクト抵抗を得ることができると分かる。 From this experimental result, it can be confirmed that when the Ni--P layer is used and laser annealed, the contact resistance is small on average and its variation is small. From this, it can be seen that a low contact resistance can be stably obtained by performing laser annealing using the Ni—P layer.
また、図3と同じ条件の実験を行った場合において、電極材料とSiCとの間の密着強度について調べた。密着強度については、電極材料とSiCとを互いに反対方向に引っ張ってこれらの間の剥離状態を調べる引っ張り強度試験により調べた。図4は、その結果を示した図である。 Further, when the experiment was conducted under the same conditions as in FIG. 3, the adhesion strength between the electrode material and SiC was examined. The adhesion strength was examined by a tensile strength test in which the electrode material and SiC were pulled in opposite directions to examine the peeling state therebetween. FIG. 4 is a diagram showing the results.
この図に示されるように、密着強度[N]は、Ni層を用いた場合、複数回の実験結果を平均すると332[N]となっており、バラツキは±17[N]であった。これに対して、Ni-P層を用い、P濃度を0.6wt%とした場合には、複数回の実験結果を平均すると1171[N]となっており、バラツキは±145[N]であった。Ni-P層を用い、P濃度を3wt%とした場合には、複数回の実験結果を平均すると630[N]となっており、バラツキは±167[N]であった。 As shown in this figure, when the Ni layer was used, the adhesion strength [N] was 332 [N] when the results of multiple experiments were averaged, and the variation was ±17 [N]. On the other hand, when the Ni-P layer is used and the P concentration is 0.6 wt%, the average of the results of multiple experiments is 1171 [N], and the variation is ±145 [N]. there were. When the Ni—P layer was used and the P concentration was 3 wt %, the average of the results of multiple experiments was 630 [N], and the variation was ±167 [N].
この実験結果から、Ni-P層を用いてレーザアニールした場合には、バラツキは大きかったものの、全体的に高い密着強度になっており、概ねNi層を用いる場合の倍以上の密着強度が得られていることが確認できる。このことから、Ni-P層を用いてレーザアニールを行うことで、安定して高い密着強度を得ることができると分かる。 From this experimental result, when laser annealing was performed using the Ni—P layer, although the variation was large, the overall adhesion strength was high, and the adhesion strength was generally more than double that obtained when the Ni layer was used. It can be confirmed that From this, it can be seen that high adhesion strength can be stably obtained by performing laser annealing using the Ni—P layer.
また、このような結果が得られるメカニズムについても調べた。具体的には、SiC表面にNi-P層を無電解めっきしたのちレーザアニールを行い、生成したシリサイド層の表面からSiC側への深さ方向での元素濃度について、SIMSによって調べた。ここでも、Ni-P層におけるP濃度を0.6wt%とした場合と3wt%とした場合、それぞれについて調べた。また、P濃度の変化が確認し易くなるように、SiC中のP濃度を3.0×1016cm-3とした。図5および図6は、それらの結果を示している。 We also investigated the mechanism by which such results are obtained. Specifically, the SiC surface was electrolessly plated with a Ni—P layer and then laser annealed, and the element concentration in the depth direction from the surface of the generated silicide layer to the SiC side was examined by SIMS. Here, too, the investigation was made for each of the cases where the P concentration in the Ni—P layer was 0.6 wt % and 3 wt %. Also, the P concentration in SiC was set to 3.0×10 16 cm −3 so that changes in the P concentration could be easily confirmed. Figures 5 and 6 show those results.
図5および図6から分かるように、いずれの場合においても、シリサイド層中におけるNi濃度とP濃度のデプスプロファイルはほぼ同じになっていた。このことは、シリサイド層中においてPが偏析しているのではなく、Niと同様に拡散して存在していることを示している。また、AESによる分析も行った。図7は、その結果を示している。この結果からも、PおよびNiが共に拡散していて、これらが偏析していないことが分かる。加えて、透過型電子顕微鏡(TEM)やエネルギー分散型X線(EDX)による分析も行ったが、いずれの場合においても、PおよびNiが共に拡散していて、これらの偏析は見られなかった。 As can be seen from FIGS. 5 and 6, in both cases, the depth profiles of Ni concentration and P concentration in the silicide layer were almost the same. This indicates that P is not segregated in the silicide layer, but diffusely present in the same manner as Ni. Moreover, the analysis by AES was also performed. FIG. 7 shows the results. This result also shows that both P and Ni are diffused and are not segregated. In addition, analysis by transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray (EDX) was also performed, but in both cases P and Ni diffused together and no segregation was observed. .
さらに、電極構造を明確にするために、電極材料としてNi層をスパッタして形成した場合とNi-P層を無電解めっきで形成した場合それぞれについて、レーザアニール後の電極構造をXRDで調べた。図8、図9Aおよび図9Bは、その結果を示した図である。 Furthermore, in order to clarify the electrode structure, the electrode structure after laser annealing was examined by XRD for the case where the Ni layer was formed by sputtering and the case where the Ni—P layer was formed by electroless plating as the electrode material. . 8, 9A and 9B are diagrams showing the results.
図8に示すように、Ni層を用いた場合には、NiSi2が主に生成している。NiSi2は、SiCとのコンタクト抵抗が比較的高いシリサイドである。これに対して、図9Aおよび図9Bに示すように、Ni-P層を用いた場合には、NiSi2の他に、金属Ni、Ni5P2およびNiSiが生成している。金属Niは、結晶性が高い金属である。また、NiSiは、NiSi2と比較してSiCとのコンタクト抵抗が低いシリサイドである。 As shown in FIG. 8, NiSi 2 is mainly produced when the Ni layer is used. NiSi 2 is a silicide that has a relatively high contact resistance with SiC. In contrast, as shown in FIGS. 9A and 9B, when the Ni—P layer is used, metal Ni, Ni 5 P 2 and NiSi are produced in addition to NiSi 2 . Metal Ni is a highly crystalline metal. NiSi is a silicide that has a lower contact resistance with SiC than NiSi2.
この結果から、Niに対してPを含めることにより、結晶性の高い金属Niが生成し、Ni5P2が生成されると共にNiSi2の代わりにNiSiが生成されていることが分かる。また、XRDによりシリサイド層の結晶子径Xsについて調べたが、結晶子径Xsとして大きな値が得られ、結晶性も良好になっていることが確認された。具体的には、図9Bに示すように、P濃度を11wt%とした場合でも結晶子径Xsが18nmと大きな値となったが、図9Aに示すように、P濃度を3wt%とした場合には結晶子径Xsが38nmと30nmを超える大きな値となっていた。このことから、Niに対してPを含めることにより高い結晶子径Xsが得られ、さらにP濃度を3wt%以下とすることで、より高い結晶子径Xsが得られると言える。 From this result, it can be seen that by including P in Ni, highly crystalline metallic Ni is produced, Ni 5 P 2 is produced, and NiSi is produced instead of NiSi 2 . Further, the crystallite diameter Xs of the silicide layer was examined by XRD, and it was confirmed that a large value was obtained as the crystallite diameter Xs, and the crystallinity was also good. Specifically, as shown in FIG. 9B, even when the P concentration was 11 wt%, the crystallite diameter Xs was a large value of 18 nm, but as shown in FIG. 9A, when the P concentration was 3 wt% , the crystallite diameter Xs was 38 nm and a large value exceeding 30 nm. From this, it can be said that a high crystallite size Xs can be obtained by including P in Ni, and a higher crystallite size Xs can be obtained by setting the P concentration to 3 wt % or less.
また、P濃度を変化させて、コンタクト抵抗やNi5P2およびNiSiの存在割合を調べたところ、図10に示す結果となった。Ni5P2およびNiSiの存在割合については、NiSi2に対するXRDピーク面積比から求めた。図10に示すように、P濃度が増えるとコンタクト抵抗が減少している反面、金属Niが減少し、Ni5P2およびNiSiが増えるという結果であった。 Moreover, when the contact resistance and the existence ratio of Ni 5 P 2 and NiSi were examined by changing the P concentration, the results shown in FIG. 10 were obtained. The abundance ratios of Ni 5 P 2 and NiSi were obtained from XRD peak area ratios to NiSi 2 . As shown in FIG. 10, as the P concentration increased, the contact resistance decreased, while the metal Ni decreased and the Ni 5 P 2 and NiSi increased.
このように、図5~図7に示されるようにPおよびNiが共に拡散しているという結果や、図10に示されるようにP濃度が高くなるほどNi5P2およびNiSiが共に増加しているという結果となっている。この結果から、Ni5P2が生成されることで、Ni5P2が触媒のような役割をしてNiSiが生成され、また、Ni5P2が結晶成長の核のような役割をして、結晶性を良好にしているというメカニズムになっていると推定される。 Thus, the results show that P and Ni diffuse together as shown in FIGS. The result is that there is From this result, it can be concluded that the formation of Ni 5 P 2 acts as a catalyst to form NiSi, and that Ni 5 P 2 acts as a nucleus for crystal growth. It is presumed that this is the mechanism by which the crystallinity is improved.
また、図10の結果からも分かるように、コンタクト抵抗ついてはP濃度が高い方がより低下させられるが、P濃度が高くなるほど金属Niが減少する。NiSiの結晶性は良いものの、金属Niの減少による結晶性の低下は免れない。このため、P濃度をある程度の大きさに制限しておくことが好ましい。 Moreover, as can be seen from the results of FIG. 10, the higher the P concentration is, the more the contact resistance is lowered, but the higher the P concentration is, the more the metallic Ni is reduced. Although the crystallinity of NiSi is good, the crystallinity is inevitably lowered due to the reduction of metallic Ni. Therefore, it is preferable to limit the P concentration to a certain level.
ただし、P濃度とNiとPとが反応してできる反応生成物の状態とは相関があり、P濃度が高ければ一般的な加熱炉やランプアニールのようなウェハ全体を加熱するファーネスアニールを行ってもNi5P2が生成される。しかしながら、P濃度が15wt%以下という比較的低濃度になっていると、レーザアニールを行わないとNi5P2が生成されないことが確認された。 However, there is a correlation between the P concentration and the state of the reaction product formed by the reaction of Ni and P. If the P concentration is high, furnace annealing that heats the entire wafer like a general heating furnace or lamp annealing is performed. Even Ni 5 P 2 is produced. However, it was confirmed that Ni 5 P 2 is not generated unless laser annealing is performed when the P concentration is relatively low such as 15 wt % or less.
すなわち、P濃度が15wt%以下の場合、ファーネスアニールを行うと、NiとPとの反応生成物はNi3Pとなり、Ni5P2にはならない。これに対して、レーザアニールを行った場合、NiとPとの反応生成物はNi5P2となった。このメカニズムについては定かではないが、レーザアニールを行う場合、短時間で局所的に1000℃以上となる高温度でのアニールが行われることになるためと推測される。実際に、レーザアニールと加熱炉を用いたファーネスアニールの両方を行って電極構造の解析を行ったが、ファーネスアニールに関しては、金属NiとNi3Pが生成されたものの、Ni5P2およびNiSiについては生成されていなかった。 That is, when the P concentration is 15 wt % or less, when furnace annealing is performed, the reaction product of Ni and P becomes Ni 3 P, not Ni 5 P 2 . On the other hand, when laser annealing was performed, the reaction product of Ni and P was Ni 5 P 2 . Although this mechanism is not clear, it is presumed that when laser annealing is performed, annealing is locally performed at a high temperature of 1000° C. or higher in a short period of time. Actually, the electrode structure was analyzed by performing both laser annealing and furnace annealing using a heating furnace. was not generated.
さらに、電極構造とP濃度および密着強度との関係について、より詳細に調べた。ここでも図3と同じ条件の実験とし、図4と同じ条件で密着強度を測定しているが、Ni-P層については、P濃度を3wt%、7wt%、9wt%、11wt%に変化させて密着強度の測定を行った。また、レーザエネルギーに対する密着強度の変化の傾向についても調べられるように、P濃度を3wt%、7wt%とした場合については、レーザエネルギーを7Wにした場合と8Wにした場合それぞれについて、密着強度の測定を行った。図11は、その結果を示している。 Furthermore, the relationship between the electrode structure and the P concentration and adhesion strength was investigated in more detail. Again, experiments were conducted under the same conditions as in FIG. 3, and adhesion strength was measured under the same conditions as in FIG. Then, the adhesion strength was measured. In addition, to examine the tendency of change in adhesion strength with respect to laser energy, when the P concentration is 3 wt % and 7 wt %, the adhesion strength is different when the laser energy is 7 W and 8 W, respectively. I made a measurement. FIG. 11 shows the results.
この図に示されるように、P濃度を3wt%、7wt%、9wt%、11wt%に変化させた場合、P濃度が低いほど密着強度が高くなるという結果が得られた。レーザエネルギーを8Wとした場合について、それぞれのP濃度における密着強度を通る近似曲線を描くと、P濃度が低下するほど指数関数的に密着強度が高くなることが確認された。この近似曲線より、レーザエネルギーが8Wの場合に密着強度が500[N]以上になるP濃度は5.5wt%以下であった。また、レーザエネルギーが7Wの場合も8Wの場合と同様の傾向となったため、それぞれのP濃度における密着強度の中央値を通る近似曲線を描くと、その近似曲線より、密着強度が500[N]以上になるP濃度は6.5wt%以下となった。なお、ここでは、使用したレーザエネルギーを7Wまたは8Wとしたが、使用したレーザエネルギー以下とした場合、同じP濃度としたときに、レーザエネルギーを7Wまたは8Wとした場合よりも高密着強度を得ることができる。このため、レーザエネルギーを7W以下とすればP濃度が6.5wt%以下で、レーザエネルギーを8W以下とすればP濃度が5.5wt%以下で、500[N]以上の密着強度を得ることができる。なお、7W以下ではエネルギー密度が1.4J/cm2以下となりシリサイド化反応が十分に起こらないため、レーザエネルギーを7W以上とするのが好ましい。 As shown in this figure, when the P concentration was changed to 3 wt %, 7 wt %, 9 wt %, and 11 wt %, the lower the P concentration, the higher the adhesion strength. When an approximate curve passing through the adhesion strength at each P concentration was drawn for the case where the laser energy was 8 W, it was confirmed that the adhesion strength increased exponentially as the P concentration decreased. From this approximation curve, when the laser energy is 8 W, the P concentration at which the adhesion strength becomes 500 [N] or more is 5.5 wt % or less. In addition, when the laser energy is 7 W, the same tendency is observed as when the laser energy is 8 W. Therefore, when an approximate curve passing through the median value of the adhesion strength at each P concentration is drawn, the adhesion strength is 500 [N] from the approximate curve. The P concentration that becomes above becomes 6.5 wt % or less. Here, the laser energy used was 7 W or 8 W, but when the laser energy used is less than or equal to the used laser energy, when the P concentration is the same, a higher adhesion strength is obtained than when the laser energy is 7 W or 8 W. be able to. Therefore, if the laser energy is 7 W or less, the P concentration is 6.5 wt % or less, and if the laser energy is 8 W or less, the P concentration is 5.5 wt % or less, and an adhesion strength of 500 [N] or more can be obtained. can be done. At 7 W or less, the energy density becomes 1.4 J/cm 2 or less and the silicidation reaction does not sufficiently occur, so it is preferable to set the laser energy to 7 W or more.
したがって、P濃度を比較的低濃度とした場合に高密着強度を得ることができ、特に、レーザエネルギーを8Wとした場合にはP濃度が5.5wt%以下、レーザエネルギーを7Wとした場合にはP濃度が6.5wt%以下とすると、500[N]以上の高密着強度となる。 Therefore, when the P concentration is relatively low, high adhesion strength can be obtained. When the P concentration is 6.5 wt % or less, the adhesion strength becomes as high as 500 [N] or more.
また、SiCとNiシリサイド層との界面について、断面TEM画像を撮影して調べたところ、これらの界面にグラファイトが形成されていることが確認された。グラファイトについては、P濃度を変化させた場合のそれぞれについて確認された。 Moreover, when the interface between SiC and the Ni silicide layer was examined by taking a cross-sectional TEM image, it was confirmed that graphite was formed at the interface. Graphite was confirmed for each of the cases where the P concentration was changed.
SiC基板上にNiを成膜したのち加熱によってNiシリサイドを形成すると、シリサイド化によってSiが使用されたことによって余ったカーボンがグラファイトとして生成する。このグラファイトによって電極の密着強度が低下し、剥離を起すという問題が知られている。このため、グラファイトをエッチングによって除去する方法が提案されているが、この方法では電極表面に形成されたグラファイトしか除去できず、電極とSiCとの間のグラファイトは除去できないため所望の密着強度を得ることができない。 When Ni silicide is formed by heating after a Ni film is formed on a SiC substrate, graphite is formed from carbon remaining due to the use of Si in silicidation. It is known that this graphite lowers the adhesion strength of the electrode and causes peeling. For this reason, a method of removing graphite by etching has been proposed, but this method can only remove the graphite formed on the electrode surface, and cannot remove the graphite between the electrode and SiC, so that the desired adhesion strength can be obtained. I can't.
しかしながら、本実施形態の構造の場合、グラファイトが生成されていても、上記したように低抵抗かつ高密着強度が得られている。このため、グラファイトを除去しなくても、低抵抗かつ高密着強度のSiC半導体装置を得ることが可能となる。 However, in the case of the structure of this embodiment, low resistance and high adhesion strength are obtained as described above even if graphite is generated. Therefore, a SiC semiconductor device with low resistance and high adhesion strength can be obtained without removing graphite.
また、上記測定結果およびNi層をスパッタした場合について、主成分の結晶性を示す結晶子径Xsと密着強度[N]との関係について纏めたところ、図12に示す結果となった。その結果より、Ni-P層のP濃度を3wt%にした場合には、結晶子径Xsが30nmを超えており、かつ、500[N]以上という高密着強度が得られていた。 FIG. 12 shows the results of the measurement results and the relationship between the crystallite diameter Xs, which indicates the crystallinity of the main component, and the adhesion strength [N] when the Ni layer is sputtered. As a result, when the P concentration of the Ni—P layer was 3 wt %, the crystallite diameter Xs exceeded 30 nm and a high adhesion strength of 500 [N] or more was obtained.
したがって、本実施形態のように、電極材料としてNi-P層を用いつつレーザアニールによってドレイン電極11を形成することで、より良好なオーミック特性を得ることが可能となり、SiCと電極との間を高い密着強度とすることができる。
Therefore, by forming the
以上説明したように、金属薄膜110としてシリサイドを形成するNiに対して不純物となるPを含ませた材料を用い、それをレーザアニールすることでドレイン電極11を形成している。これにより、より良好なオーミック特性を得ることが可能となり、SiCと電極との間を高い密着強度とすることができる。また、レーザアニールの場合、短時間での局所的なアニールが可能となるため、デバイスへの熱的ダメージを抑制することが可能となる。
As described above, the
さらに、イオン注入を行いつつレーザアニールによってシリサイドを形成した場合、0.2mΩcm2程度のコンタクト抵抗が得られるが、本実施形態のようにしてドレイン電極11を形成した場合でも0.3mΩcm2程度のコンタクト抵抗が得られる。したがって、不純物のイオン注入工程を行わなくても所望のコンタクト特性が得られるため、イオン注入工程を行うことによるコストについても削減できる。
Further, when silicide is formed by laser annealing while performing ion implantation, a contact resistance of about 0.2 mΩcm 2 is obtained, but even when the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the claims.
(1)例えば、第1実施形態では、SiC基板の表面側に各構成要素が形成されるデバイスの裏面側のオーミック電極を例に挙げて説明した。しかしながら、上記第1実施形態で説明した構造についてはSiC基板の表面側に各構成要素が形成されるデバイスの裏面側にのみ適用できるのではなく、SiCに対してオーミック電極を形成する構造であれば、どのような部位についても適用できる。例えば、SiC基板の表面側にオーミック電極を形成する場合についても適用可能である。その場合においても、デバイスの各構成要素を形成してからオーミック電極を形成する構成とする場合には、レーザアニールを用いるようにすることで、局所的な加熱が可能となって、デバイスへの影響を抑制することが可能となる。また、上記実施形態では、電極金属としてNiを用いる場合やNiに加えてMoを用いる場合について説明したが、これらに対してさらにTiなどを加えることもできる。例えばSiC表面にTiなどを成膜したのち、Ni-P層を成膜したり、Mo層とNi-P層を順に成膜し、レーザアニールを行うようにすれば良い。 (1) For example, in the first embodiment, the ohmic electrode on the back side of the device in which each component is formed on the front side of the SiC substrate was described as an example. However, the structure described in the first embodiment is not applicable only to the back side of the device in which each component is formed on the front side of the SiC substrate. can be applied to any part. For example, it can be applied to the case of forming an ohmic electrode on the surface side of the SiC substrate. Even in that case, if the ohmic electrode is formed after forming each component of the device, local heating is possible by using laser annealing, and the device is heated. It is possible to suppress the influence. Further, in the above embodiments, the case of using Ni as the electrode metal or the case of using Mo in addition to Ni has been described, but Ti or the like can also be added to these. For example, after forming a film of Ti or the like on the surface of SiC, a Ni--P layer may be formed, or a Mo layer and a Ni--P layer may be formed in order and laser annealed.
(2)また、第1実施形態では、レーザアニールの一例として固体レーザを用いることについて説明したが、固体レーザに限ることはなく、例えばエキシマレーザなどを用いることもできる。エキシマレーザを用いる場合には、例えば248nm、308nmの波長のものを用いつつ、エネルギー密度を1.4J/cm2以上に設定すると好ましい。 (2) In addition, in the first embodiment, the use of a solid-state laser was described as an example of laser annealing, but the present invention is not limited to solid-state lasers, and excimer lasers, for example, can also be used. When an excimer laser is used, it is preferable to set the energy density to 1.4 J/cm 2 or more while using, for example, a wavelength of 248 nm or 308 nm.
(3)また、上記実施形態では、無電解めっきによってNi-P層を形成する場合について説明したが、めっきによってNi-P層を形成する場合、SiC基板の裏面側だけでなく表面側にも同時に形成することができる。このため、例えば、上記実施形態のようにSiC半導体素子として縦型パワーMOSFETを形成する場合、ドレイン電極11を形成するための金属薄膜110としてNi-P層を形成する際に、ソース電極10を形成するためのNi-P層も同時できる。このようにすれば、電極形成工程の簡略化を図ることが可能となる。
(3) In addition, in the above embodiment, the case of forming the Ni—P layer by electroless plating was explained, but when the Ni—P layer is formed by plating, not only the back side of the SiC substrate but also the front side of the SiC substrate can be formed at the same time. Therefore, for example, when forming a vertical power MOSFET as a SiC semiconductor element as in the above embodiment, when forming a Ni—P layer as the metal
(4)また、上記第1実施形態では、半導体素子として縦型パワーMOSFETを備えたSiC半導体装置を例に挙げて説明したが、これも単なる一例であり、ダイオードやIGBTなどの他の半導体素子を備えるようにしても良い。すなわち、SiC半導体基板に形成される半導体素子に対してオーミック電極が備えられるようなSiC半導体装置であれば、どのようなものであっても良い。 (4) In addition, in the above-described first embodiment, the SiC semiconductor device including a vertical power MOSFET as a semiconductor element was described as an example, but this is also a mere example, and other semiconductor elements such as diodes and IGBTs can be used. may be provided. That is, any SiC semiconductor device may be used as long as it is provided with an ohmic electrode for a semiconductor element formed on a SiC semiconductor substrate.
1 n+型SiC基板
1b 裏面
10 ソース電極
11 ドレイン電極
50 レーザ光
110 金属薄膜
REFERENCE SIGNS LIST 1 n +
Claims (11)
前記オーミック電極は、0.1wt%以上かつ15wt%以下の不純物となるPが含まれたNiが電極材料として用いられ、NiSiにて構成されるNiシリサイドを含んでいると共に、該Niシリサイド中にNi5P2が含まれており、
前記オーミック電極は、X線回折装置にて測定した結晶子径Xsが30nm以上となっている炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide semiconductor substrate (1) having a front surface (1a) and a rear surface (1b), and an ohmic electrode (11) ohmic-connected to silicon carbide on at least one of the front surface side and the rear surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. ), a silicon carbide semiconductor device having
The ohmic electrode is made of Ni containing 0.1 wt % or more and 15 wt % or less of impurity P as an electrode material, and contains Ni silicide composed of NiSi. Ni 5 P 2 is included ,
The silicon carbide semiconductor device , wherein the ohmic electrode has a crystallite diameter Xs of 30 nm or more as measured by an X-ray diffraction device.
前記オーミック電極は、0.1wt%以上かつ15wt%以下の不純物となるPが含まれたNiが電極材料として用いられ、NiSiにて構成されるNiシリサイドを含んでいると共に、該Niシリサイド中にNiThe ohmic electrode is made of Ni containing 0.1 wt % or more and 15 wt % or less of impurity P as an electrode material, and contains Ni silicide composed of NiSi. Ni 55 PP. 22 が含まれており、contains
前記オーミック電極は、X線回折装置にて測定した結晶子径Xsが18nm以上となっている炭化珪素半導体装置。The silicon carbide semiconductor device, wherein the ohmic electrode has a crystallite diameter Xs of 18 nm or more as measured by an X-ray diffraction device.
前記オーミック接合させられる前記炭化珪素上に、0.1wt%以上かつ15wt%以下の不純物となるPが含まれたNiが電極材料として用いられた金属薄膜(110)を形成することと、
前記金属薄膜に対してレーザ光(50)を照射し、前記Niを前記炭化珪素中のSiと反応させてNiシリサイドを生成するレーザアニールを行って前記オーミック電極を形成することと、を含み、
前記金属薄膜を形成することでは、前記レーザアニールにおけるレーザエネルギーを8W以上として前記Pの濃度を5.5wt%以下とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 A silicon carbide semiconductor substrate (1) having a front surface (1a) and a rear surface (1b), and an ohmic electrode (11) ohmic-connected to silicon carbide on at least one of the front surface side and the rear surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that forms
forming a metal thin film (110) using Ni containing 0.1 wt % or more and 15 wt % or less of impurity P as an electrode material on the silicon carbide to be ohmic-connected;
forming the ohmic electrode by irradiating the metal thin film with a laser beam (50) and performing laser annealing for reacting the Ni with Si in the silicon carbide to generate Ni silicide ;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device , wherein in forming the metal thin film, the laser energy in the laser annealing is set to 8 W or more and the P concentration is set to 5.5 wt % or less .
前記オーミック接合させられる前記炭化珪素上に、0.1wt%以上かつ15wt%以下の不純物となるPが含まれたNiが電極材料として用いられた金属薄膜(110)を形成することと、forming a metal thin film (110) using Ni containing 0.1 wt % or more and 15 wt % or less of impurity P as an electrode material on the silicon carbide to be ohmic-connected;
前記金属薄膜に対してレーザ光(50)を照射し、前記Niを前記炭化珪素中のSiと反応させてNiシリサイドを生成するレーザアニールを行って前記オーミック電極を形成することと、を含み、forming the ohmic electrode by irradiating the metal thin film with a laser beam (50) and performing laser annealing for reacting the Ni with Si in the silicon carbide to generate Ni silicide;
前記金属薄膜を形成することでは、前記レーザアニールにおけるレーザエネルギーを7W以上として前記Pの濃度を6.5wt%以下とする炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein in forming the metal thin film, the laser energy in the laser annealing is 7 W or more and the concentration of P is 6.5 wt % or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/260,517 US11189493B2 (en) | 2018-02-19 | 2019-01-29 | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018027128 | 2018-02-19 | ||
JP2018027128 | 2018-02-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019145784A JP2019145784A (en) | 2019-08-29 |
JP7135839B2 true JP7135839B2 (en) | 2022-09-13 |
Family
ID=67773992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018240998A Active JP7135839B2 (en) | 2018-02-19 | 2018-12-25 | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7135839B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006073922A (en) | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | SiC SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR SiC SEMICONDUCTOR DEVICE |
JP2013214657A (en) | 2012-04-03 | 2013-10-17 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4843583A (en) * | 1971-10-04 | 1973-06-23 |
-
2018
- 2018-12-25 JP JP2018240998A patent/JP7135839B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006073922A (en) | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | SiC SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR SiC SEMICONDUCTOR DEVICE |
JP2013214657A (en) | 2012-04-03 | 2013-10-17 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019145784A (en) | 2019-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10361274B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device having metal silicide surrounds a peripheral of metal carbide | |
US8216929B2 (en) | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
US9431290B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP7225873B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP6053968B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5668414B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
EP2933826A2 (en) | Semiconductor device and method for producing the same | |
JP2011044688A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US11784049B2 (en) | Method for manufacturing a sic electronic device with reduced handling steps, and sic electronic device | |
US20160056041A1 (en) | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
US20110306188A1 (en) | Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device | |
US12051725B2 (en) | Doping activation and ohmic contact formation in a SiC electronic device, and SiC electronic device | |
US11189493B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP6728097B2 (en) | Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device, inverter circuit, drive device, vehicle, and elevator | |
CN107785251B (en) | Barrier layer formation using heat treatment | |
RU188684U1 (en) | POWER SEMICONDUCTOR DEVICE BASED ON SILICON CARBIDE | |
Berger et al. | Electrical, morphological and structural properties of Ti ohmic contacts formed on n-type 4H–SiC by laser thermal annealing | |
US11387326B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same | |
WO2015155806A1 (en) | Method for producing silicon carbide semiconductor device and silicon carbide semiconductor device | |
JP7135839B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2016046309A (en) | Silicon carbide semiconductor device manufacturing method | |
JP2023040706A (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
US20210159115A1 (en) | Methods for processing a semiconductor substrate | |
JP6776762B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2022076737A (en) | Manufacturing method of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210520 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220208 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220301 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220802 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220815 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7135839 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |