[go: up one dir, main page]

JP7613303B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7613303B2
JP7613303B2 JP2021112146A JP2021112146A JP7613303B2 JP 7613303 B2 JP7613303 B2 JP 7613303B2 JP 2021112146 A JP2021112146 A JP 2021112146A JP 2021112146 A JP2021112146 A JP 2021112146A JP 7613303 B2 JP7613303 B2 JP 7613303B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
gate
layer
oxide film
forming
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
Application number
JP2021112146A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023008517A (ja
Inventor
博基 津間
洋平 岩橋
雅史 植茶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Mirise Technologies Corp
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Mirise Technologies Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Toyota Motor Corp, Mirise Technologies Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2021112146A priority Critical patent/JP7613303B2/ja
Priority to US17/851,702 priority patent/US20230009078A1/en
Priority to CN202210786074.7A priority patent/CN115588617A/zh
Publication of JP2023008517A publication Critical patent/JP2023008517A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7613303B2 publication Critical patent/JP7613303B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/65Lateral DMOS [LDMOS] FETs
    • H10D30/658Lateral DMOS [LDMOS] FETs having trench gate electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/048Making electrodes
    • H01L21/049Conductor-insulator-semiconductor electrodes, e.g. MIS contacts
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/01Manufacture or treatment
    • H10D12/031Manufacture or treatment of IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/028Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/0281Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of lateral DMOS [LDMOS] FETs
    • H10D30/0289Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of lateral DMOS [LDMOS] FETs using recessing of the gate electrodes, e.g. to form trench gate electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H10D30/665Vertical DMOS [VDMOS] FETs having edge termination structures
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs
    • H10D30/668Vertical DMOS [VDMOS] FETs having trench gate electrodes, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/83Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
    • H10D62/832Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge being Group IV materials comprising two or more elements, e.g. SiGe
    • H10D62/8325Silicon carbide
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411Gate electrodes for field-effect devices for FETs
    • H10D64/511Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
    • H10D64/512Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
    • H10D64/513Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441Vertical IGBTs
    • H10D12/461Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions
    • H10D12/481Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions having gate structures on slanted surfaces, on vertical surfaces, or in grooves, e.g. trench gate IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411Gate electrodes for field-effect devices for FETs
    • H10D64/511Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
    • H10D64/517Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs characterised by the conducting layers
    • H10D64/519Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs characterised by the conducting layers characterised by their top-view geometrical layouts
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/66Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes
    • H10D64/68Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes characterised by the insulator, e.g. by the gate insulator
    • H10D64/693Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes characterised by the insulator, e.g. by the gate insulator the insulator comprising nitrogen, e.g. nitrides, oxynitrides or nitrogen-doped materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、炭化珪素(以下では、単にSiCともいう)で構成されたSiC半導体装置の製造方法に関するものである。
従来より、SiCで構成された半導体基板にベース層やソース領域等を有するMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistorの略)が形成されたSiC半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、このSiC半導体装置は、ドリフト層を有し、ドリフト層上にベース層やソース領域等が形成されている。また、このSiC半導体装置では、ゲート絶縁膜上にゲート電極が配置されたゲート構造が形成されており、半導体基板の一面側に、ゲート電極と接続される接続配線が形成されている。なお、ゲート電極および接続配線は、ポリシリコンで構成されている。
また、半導体基板の一面側には、ゲート電極や接続配線を覆うように層間絶縁膜が形成されている。そして、層間絶縁膜には、ソース領域等を露出させる第1コンタクトホールが形成されていると共に、接続配線を露出させる第2コンタクトホールが形成されている。
層間絶縁膜上には、第1コンタクトホールを通じてソース領域等と接続されるソース電極と、第2コンタクトホールを通じて接続配線と接続されるゲート配線が形成されている。また、ソース電極とソース領域等との間には、金属シリサイド膜が配置されている。
このようなSiC半導体装置は、次のように製造される。具体的には、ベース層やソース領域等が形成された半導体基板の一面側に層間絶縁膜を形成した後、第1コンタクトホールおよび第2コンタクトホールを同時に形成する。次に、熱酸化し、半導体基板のうちの第1コンタクトホールから露出する部分に酸化膜を形成すると共に、第2コンタクトホールから露出する接続配線に酸化膜を形成する。この際、半導体基板がSiCで構成され、接続配線がポリシリコンで構成されているため、接続配線上の酸化膜が半導体基板上の酸化膜よりも厚く形成される。なお、この酸化膜は、後述する金属層を用いて金属シリサイド膜を形成する際、金属層を構成する原子が接続配線等に拡散することを抑制するためのものである。
続いて、接続配線上の酸化膜を残しつつ、半導体基板のうちの第1コンタクトホールから露出する部分に形成された酸化膜を除去する。その後、ニッケル等で構成される金属層が第1コンタクトホール内に配置されるように成膜し、加熱処理を行うことで半導体基板のうちの第1コンタクトホールから露出する部分に金属シリサイド膜を形成する。この際、接続配線上に酸化膜が形成されているため、金属層を構成する原子が接続配線等に拡散することが抑制され、SiC半導体装置の特性が変化することが抑制される。
次に、接続配線上に形成された酸化膜を除去する。その後、第1コンタクトホールを通じてソース領域等と接続される上部電極を形成すると共に、第2コンタクトホールを通じて接続配線と電気的に接続されるゲート配線を形成する。
特開2010-62402号公報
しかしながら、上記のようなSiC半導体装置では、接続配線上の酸化膜を除去するための工程のみを行う必要があり、製造工程が増加し易い。
本発明は上記点に鑑み、製造工程の削減を図ることのできるSiC半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための請求項1では、ゲート電極(18)と接続される接続配線(19)を備えるSiC半導体装置の製造方法であって、第1導電型または第2導電型とされた基板(11)と、基板上に形成された第1導電型のドリフト層(12)と、ドリフト層上に形成された第2導電型のベース層(13)と、ベース層の表層部に形成された第1導電型の不純物領域(14)と、を有し、ベース層のうちのドリフト層と不純物領域との間にゲート絶縁膜(17)が形成されると共にゲート絶縁膜上にゲート電極が形成され、ベース層側の面を一面(10a)として一面上に、ゲート電極と接続されると共にポリシリコンで構成される接続配線が形成され、SiCで構成された半導体基板(10)を用意することと、ベース層、不純物領域、ゲート電極、および接続配線が覆われるように層間絶縁膜(20)を形成することと、層間絶縁膜を含む部分に対し、ベース層および不純物領域を露出させる第1コンタクトホール(21a)を形成すると共に、接続配線を露出させる第2コンタクトホール(21b)を形成することと、熱酸化を行い、接続配線のうちの第2コンタクトホールから露出する部分に酸化膜(30)を形成することと、半導体基板のうちの第1コンタクトホールから露出する部分に金属層(31)を形成することと、加熱処理を行い、金属層と半導体基板とを反応させて金属シリサイド膜(24)を形成することと、金属層のうちの金属シリサイド膜となった部分と異なる部分の未反応金属層(31a)を除去することと、第1コンタクトホールを通じてベース層および不純物領域と電気的に接続される電極(22)を形成すると共に、第2コンタクトホールを通じて接続配線と電気的に接続され、酸化膜の酸素を還元可能な材料で構成された部分を有するゲート配線(23)を形成することと、を行う。そして、ゲート配線を形成することの途中、またはゲート配線を形成した後には、ゲート配線に関する加熱処理を行い、接続配線上に形成されている酸化膜の酸素をゲート配線内に還元させて当該酸化膜を除去することを行い、半導体基板を用意することでは、ゲート電極を形成することの後、半導体基板のうちのゲート絶縁膜との界面におけるダングリングボンドを窒素で終端させることを行い、酸化膜を形成することでは、10nm以下の酸化膜を形成する
これによれば、ゲート配線に関する加熱処理を行う際、ゲート配線内に酸化膜の酸素を還元させることで酸化膜を除去している。このため、酸化膜を除去する工程のみを行う必要がなく、製造工程が増加することを抑制できる。
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。
第1実施形態におけるSiC半導体装置の断面図である。 図1に示すSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Aに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Bに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Cに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Dに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Eに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Fに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Gに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図2Hに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 半導体基板とゲート絶縁膜との界面の組成を示す模式図である。 酸化膜の厚さと閾値電圧との関係を示す図である。 第2実施形態におけるSiC半導体装置の断面図である。 図5に示すSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図6Aに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図6Bに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図6Cに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。
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。
(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、SiC半導体装置として、トレンチゲート構造の反転型のMOSFETが形成されたものを例に挙げて説明する。まず、SiC半導体装置の構成について説明する。
図1に示されるように、SiC半導体装置は、SiCで構成される半導体基板10を用いて構成されている。具体的には、SiC半導体装置の半導体基板10は、SiCからなるn型の基板11を備えている。本実施形態では、基板11として、例えば、(0001)Si面に対して0~8°のオフ角を有し、窒素やリン等のn型不純物濃度が1.0×1019/cmとされ、厚さが50~300μm程度とされたものが用いられる。なお、基板11は、本実施形態ではドレイン領域を構成するものである。
基板11の表面上には、SiCで構成される、n型のドリフト層12およびp型のベース層13等がエピタキシャル成長等によって形成されている。以下では、半導体基板10のうちのベース層13側の面を半導体基板10の一面10aとし、半導体基板10のうちの基板11側の面を半導体基板10の他面10bとして説明する。
ドリフト層12は、例えば、n型不純物濃度が1.0~50.0×1015/cm程度とされ、厚さが5~50μm程度とされている。ベース層13は、ドリフト層12上の一部に形成されており、例えば、p型不純物濃度が2.0×1017/cm程度とされ、厚さが0.5~2μm程度とされている。
ベース層13の表層部には、n型のソース領域14およびp型のコンタクト領域15が形成されている。ソース領域14は、後述するトレンチ16の側面に接するように形成され、コンタクト領域15は、ソース領域14を挟んでトレンチ16と反対側に形成されている。ソース領域14は、表層部におけるn型不純物濃度、すなわち表面濃度が例えば1.0×1021/cmとされている。コンタクト領域15は、表層部におけるp型不純物濃度、すなわち表面濃度が例えば1.0×1021/cmとされている。なお、本実施形態では、ソース領域14が不純物領域に相当している。また、コンタクト領域15は、ベース層13の一部が高不純物濃度とされた領域と捉えることもでき、ベース層13の一部であるともいえる。
半導体基板10には、ベース層13およびソース領域14を貫通してドリフト層12に達するように、例えば、幅が0.8μm程度とされたトレンチ16が形成されている。なお、図1では1本のトレンチ16のみを示しているが、トレンチ16は、実際には、複数本が紙面左右方向に等間隔に配置されたストライプ状とされている。
各トレンチ16内は、各トレンチ16の壁面を覆うように形成されたゲート絶縁膜17と、このゲート絶縁膜17の上に形成されたポリシリコン等により構成されるゲート電極18とにより埋め込まれている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。なお、本実施形態では、トレンチ16の壁面のうちのベース層13と接する部分が、不純物領域とドリフト層との間に挟まれたベース層の表面に相当する。
また、ゲート絶縁膜17は、トレンチ16の内壁面以外の表面にも形成されている。具体的には、ゲート絶縁膜17は、トレンチ16の内壁面から半導体基板10の一面10aに渡って形成されている。そして、ゲート絶縁膜17のうちの半導体基板10の一面10aに形成された部分には、ソース領域14およびコンタクト領域15を露出させるコンタクトホール17aが形成されている。
ゲート絶縁膜17うちの半導体基板10の一面10aに形成された部分上には、ゲート電極18と接続される接続配線19が形成されている。この接続配線19は、後述するようにトレンチ16にポリシリコンを配置してゲート電極18を構成する際、半導体基板10の一面10a上に形成されたポリシリコンがパターニングされることで構成される。なお、接続配線19は、図1とは別断面において、ゲート電極18と電気的に接続されている。
また、半導体基板10の一面10a上に形成されたポリシリコンをパターニングして接続配線19を形成する際、トレンチ16に埋め込まれたポリシリコンは、トレンチ16の開口部側に位置する部分が除去される。このため、トレンチ16の開口部側は、ゲート電極18が埋め込まれていない状態となっている。つまり、トレンチ16の開口部側に位置するゲート絶縁膜17は、ゲート電極18から露出した状態となっている。特に限定されるものではないが、例えば、トレンチ16は、開口部側から50~150nm程度の部分にゲート電極18が配置されていない状態となっている。
半導体基板10の一面10a上には、ゲート電極18やゲート絶縁膜17等を覆うように、層間絶縁膜20が形成されている。なお、ゲート電極18を覆う層間絶縁膜20は、トレンチ16の開口部を埋め込むように配置されている。本実施形態の層間絶縁膜20は、BPSG(Borophosphosilicate Glassの略)等で構成されている。
層間絶縁膜20には、コンタクトホール17aと連通してソース領域14およびコンタクト領域15を露出させるコンタクトホール20aが形成されている。なお、層間絶縁膜20に形成されたコンタクトホール20aは、ゲート絶縁膜17に形成されたコンタクトホール17aと共に1つのコンタクトホールとして機能する。このため、以下では、コンタクトホール17aおよびコンタクトホール20aを纏めて第1コンタクトホール21aともいう。
また、層間絶縁膜20には、接続配線19を露出させる第2コンタクトホール21bが形成されている。第1コンタクトホール21aおよび第2コンタクトホール21bのパターンは、任意であり、例えば複数の正方形のものを配列させたパターン、長方形のライン状のものを配列させたパターン、または、ライン状のものを並べたパターン等が挙げられる。
層間絶縁膜20上には、第1コンタクトホール21aを通じてソース領域14およびコンタクト領域15と電気的に接続されるソース電極22が形成されている。また、層間絶縁膜20上には、第2コンタクトホール21bを通じて接続配線19と電気的に接続されるゲート配線23が形成されている。
ゲート配線23は、酸化膜の酸素を還元可能な材料で構成されており、本実施形態では、アルミニウム、またはアルミニウムを主成分とする材料を用いて構成されている。ソース電極22は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、後述するようにゲート配線23と同じ工程で形成される。このため、本実施形態のソース電極22は、ゲート配線23と同様に、アルミニウム、またはアルミニウムを主成分とする材料を用いて構成されている。
なお、ソース電極22は、ゲート配線23と異なる材料を用いて構成されていてもよく、酸化膜の酸素を還元可能な材料で構成されていなくてもよい。また、本実施形態では、ソース電極22が電極に相当している。
半導体基板10のうちの第1コンタクトホール21aから露出する部分には、ソース領域14およびコンタクト領域15とソース電極22との間の接触抵抗を低減するための金属シリサイド膜24が形成されている。そして、ソース電極22は、金属シリサイド膜24を介してソース領域14およびコンタクト領域15と電気的に接続されている。なお、本実施形態の金属シリサイド膜24は、ニッケルシリコン(NiSi)等で構成されている。
半導体基板10の他面10b側には、基板11と電気的に接続されるドレイン電極25が形成されている。本実施形態のSiC半導体装置では、このような構造により、nチャネルタイプの反転型であるトレンチゲート構造のMOSFETが構成されている。
このようなSiC半導体装置は、ソース電極22にドレイン電極25より低い電圧が印加された状態でゲート電極18に所定の閾値電圧以上の電圧が印加されると、ベース層13のうちのトレンチ16と接する部分にn型の反転層(すなわち、チャネル)が形成される。そして、ソース領域14から反転層を介して電子がドリフト層12に供給されることでオン状態となる。
次に、上記SiC半導体装置の製造方法について、図2A~図2Iを参照しつつ説明する。
まず、図2Aに示されるように、SiCで構成される半導体基板10に、ベース層13、ソース領域14、コンタクト領域15、トレンチ16、ゲート絶縁膜17、ゲート電極18、接続配線19が形成されたものを用意する。なお、この工程では、トレンチ16の壁面に形成されたゲート絶縁膜17と半導体基板10の一面10aに形成されたゲート絶縁膜17とが繋がった状態となっている。
また、本実施形態では、トレンチ16を形成した後、CVD法等でポリシリコンを成膜することにより、トレンチ16を埋め込むゲート電極18を形成すると共に、半導体基板10の一面10a上にポリシリコンを堆積させる。なお、CVDは、Chemical Vapor Depositionの略である。その後、半導体基板10の一面10a上に形成されたポリシリコンをパターニングすることにより、ゲート電極18と接続される接続配線19を形成する。この際、トレンチ16に埋め込まれたポリシリコンは、トレンチ16の開口部側に位置する部分が除去される。このため、トレンチ16の開口部側は、ゲート電極18が埋め込まれていない状態となっている。
その後、特に図示しないが、本実施形態では、酸素窒素雰囲気(すなわち、NO雰囲気)で加熱処理を行うことにより、半導体基板10のうちのゲート絶縁膜17との界面におけるダングリングボンドを窒素で終端させる窒素終端化処理を行う。つまり、ベース層13のうちのゲート絶縁膜17との界面におけるダングリングボンドを窒素で終端させる。これにより、界面準位を低くすることで閾値電圧の低下を図ることができる。
続いて、図2Bに示されるように、CVD法等により、ゲート電極18や接続配線19等を覆うように層間絶縁膜20を形成する。なお、層間絶縁膜20は、トレンチ16の開口部側の部分も埋め込むように配置される。
次に、図2Cに示されるように、図示しないマスクを用いてエッチング等を行い、ソース領域14およびコンタクト領域15を露出させる第1コンタクトホール21a、および接続配線19を露出させる第2コンタクトホール21bを同時に形成する。
続いて、図2Dに示されるように、熱酸化を行い、接続配線19のうちの第2コンタクトホール21bから露出する部分に、厚さが1~10nm程度の酸化膜30を形成する。なお、このような酸化膜30は、例えば、ドライ酸化を700℃で40分行うこと、またはパイロ酸化を700℃で5分間行うことによって形成される。
ここで、この工程での酸化膜30の形成は、ゲート電極18が配置されていないトレンチ16の開口部側からゲート絶縁膜17を通じて半導体基板10に酸素が入り込む可能性がある。この場合、酸素は、酸化膜30を厚く形成しようとするほど半導体基板10に入り込み易くなる。そして、図3に示されるように、酸素が半導体基板10に入り込むと、半導体基板10のうちのゲート絶縁膜17との界面に終端させた窒素が酸素に置き換わってしまい、界面準位が高くなって閾値電圧が高くなる。本発明者らの検討によれば、図4に示されるように、酸化膜30が10nmより大きくなると、閾値電圧が基準値に対して10%以上高くなることが確認された。なお、ここでの基準値とは、酸化膜30の厚さが0nmである場合の閾値電圧を基準値(すなわち、閾値電圧が1)としている。そして、現状では、閾値電圧は、基準値に対して10%程度の誤差にすることが望まれている。このため、本実施形態では、酸化膜30を10nm以下となるように形成する。
また、上記のように、本実施形態の半導体基板10は、SiCで構成されており、シリコンよりも酸化し難い材料である。このため、酸化膜30を10nm以下の薄い膜で形成した場合には、半導体基板10の一面10aのうちの第1コンタクトホール21aから露出する部分には、ほぼ酸化膜が形成されない。
次に、図2Eに示されるように、スパッタ法等により、第1コンタクトホール21aから露出する部分を含む部分に、ニッケル等の金属層31を形成する。なお、この工程を行う前に、必要に応じてウェットエッチング等を行い、半導体基板10の一面10aのうちの第1コンタクトホール21aから露出する部分に形成され得る酸化膜を除去するようにしてもよい。
続いて、図2Fに示されるように、窒素雰囲気下において、700~800℃程度で加熱処理を行うことにより、第1コンタクトホール21aから露出する半導体基板10と金属層31とを反応させて金属シリサイド膜24を形成する。この際、第2コンタクトホール21bから露出する接続配線19上には、酸化膜30が形成されているため、金属層31を構成する原子が接続配線19等に拡散することが抑制される。
なお、本実施形態では、金属層31としてニッケル膜を形成しているため、ニッケルシリコンで構成される金属シリサイド膜24を形成する。そして、金属層31のうちの半導体基板10(すなわち、SiC)と反応しない部分は、未反応金属層31aとして残存する。
次に、図2Gに示されるように、ウェットエッチング等を行い、未反応金属層31aを除去する。その後、特に図示しないが、窒素雰囲気下において、950~1050℃程度の加熱処理を行い、金属シリサイド膜24と半導体基板10(すなわち、ソース領域14およびコンタクト領域15)とのコンタクト抵抗をさらに低減させる。
次に、図2Hに示されるように、CVD法等によって層間絶縁膜20上に金属層を成膜した後に図示しないマスクを用いたエッチング等を行い、金属層をパターニングしてソース電極22およびゲート配線23を形成する。なお、ゲート配線23は、上記のように、酸化膜30の酸素を還元可能な材料で構成される。また、本実施形態では、共通の金属層をパターニングすることでソース電極22およびゲート配線23を形成するため、ソース電極22は、ゲート配線23と同じ材料で構成される。
その後、図2Iに示されるように、ゲート配線23の融点以下の温度であって、後工程となるはんだ付け等の温度以上に加熱することにより、ソース電極22やゲート配線23の膜質を安定化させる。この際、接続配線19上に形成されている酸化膜30は、ゲート配線23が酸化膜30の酸素を還元可能な材料で構成されているため、酸素がゲート配線23に還元されることで除去される。つまり、本実施形態では、ゲート配線23の膜質を安定化させることと、酸化膜30を除去することとを同一工程で行う。なお、本実施形態では、この工程がゲート配線23に関する加熱処理に相当する。以上のようにして、本実施形態のSiC半導体装置が製造される。
以上説明した本実施形態によれば、ゲート配線23を酸化膜30の酸素を還元可能な材料で構成している。そして、ゲート配線23の膜質を安定化させる加熱処理を行う際、ゲート配線23に酸化膜30の酸素を還元させることで酸化膜30を除去している。このため、酸化膜30を除去する工程のみを行う必要がなく、製造工程が増加することを抑制できる。
(1)本実施形態では、ゲート電極18を形成した後に窒素終端化処理を行い、酸化膜30を形成する際には、酸化膜30の厚さが10nm以下となるようにしている。このため、ベース層13のうちのゲート絶縁膜17との界面に置換された窒素が酸素に置き換わってしまうことを抑制でき、界面準位が増加することでオン抵抗が増加することを抑制できる。
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、バリアメタル膜を形成したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態の半導体装置は、図5に示されるように、ソース電極22およびゲート配線23は、それぞれバリアメタル膜22a、23aと、バリアメタル膜22a、23a上に積層された主配線部22b、23bとを有する構成とされている。主配線部23bは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料で構成されている。バリアメタル膜22a、23aは、主配線部22b、23bに含まれるアルミニウムが接続配線19等へ拡散することを抑制する材料で構成される。また、バリアメタル膜22a、23aは、酸化膜30の酸素を還元可能な材料であって、主配線部22b、23bより拡散し難い材料で構成されている。本実施形態のバリアメタル膜22a、23aは、例えば、チタン等で構成されている。
また、ゲート配線23におけるバリアメタル膜23aと接続配線19との間には、バリアメタル膜23aと接続配線19との間の接触抵抗を低減するための金属シリサイド膜26が形成されている。なお、本実施形態の金属シリサイド膜26は、チタンシリコンで構成されている。
以上が本実施形態におけるSiC半導体装置の構成である。次に、本実施形態におけるSiC半導体装置の製造方法について、図6A~図6Dを参照しつつ説明する。
本実施形態では、図2Gの工程を行って未反応金属層31aを除去した後、図6Aに示されるように、CVD法等により、主配線部23bより拡散し難い材料で構成されるバリアメタル層40を形成する。なお、本実施形態では、バリアメタル層40としてのチタン層を形成する。
その後、図6Bに示されるように、窒素雰囲気において、700~800℃程度で加熱処理を行う。これにより、酸化膜30は、バリアメタル層40に酸素が還元されて除去される。また、700~800℃の加熱処理を行っているため、接続配線19とバリアメタル層40とが反応して金属シリサイド膜26が構成される。なお、バリアメタル層40は、拡散し難い材料で構成されているため、この工程でバリアメタル層40を構成する原子が接続配線19等に拡散することが抑制される。つまり、バリアメタル層40は、金属シリサイド膜26を形成する際、酸化膜30の酸素を還元可能な材料であって、接続配線19等に拡散し難い材料で構成されている。また、本実施形態では、この工程がゲート配線23に関する加熱処理に相当する。
続いて、図6Cに示されるように、主配線部22b、23bを構成する主配線層41を形成する。その後、図6Dに示されるように、図示しないマスクを用いたエッチング等を行い、バリアメタル層40および主配線層41をパターニングすることでソース電極22およびゲート配線23を形成する。
その後、特に図示しないが、図2Iと同様の工程を行ってソース電極22およびゲート配線23の膜質を安定化させることにより、本実施形態のSiC半導体装置が製造される。なお、本実施形態では、既に酸化膜30が除去されているため、この工程では、酸化膜30は除去されない。
以上説明した本実施形態によれば、ゲート配線23を構成するバリアメタル層40(すなわち、バリアメタル膜23a)を酸化膜30の酸素を還元可能な材料で構成している。そして、金属シリサイド膜26を形成する加熱処理を行う際、バリアメタル層40に酸化膜30の酸素を還元させることで酸化膜30を除去している。このため、酸化膜30を除去する工程のみを行う必要がなく、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
例えば、上記各実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたnチャネルタイプのトレンチゲート構造のMOSFETが形成されている半導体装置を説明した。しかしながら、半導体装置は、例えばnチャネルタイプに対して各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプのトレンチゲート構造のMOSFETが形成されて構成されていてもよい。さらに、半導体装置は、MOSFET以外に、同様の構造のIGBTが形成された構成とされていてもよい。IGBTの場合、上記各実施形態におけるn型の基板11をp型のコレクタ層に変更する以外は、上記第1実施形態で説明したMOSFETと同様である。
また、上記各実施形態では、トレンチゲート構造を有する半導体装置について説明したが、プレーナゲート構造を有する半導体装置とされていてもよい。
そして、上記各実施形態において、半導体装置を製造する際に形成する酸化膜30は、10nm以上の厚さとされていてもよい。このような酸化膜30を形成したとしても、上記第1、第2実施形態では酸化膜30を除去する工程のみを行う必要がないため、製造工程が増加することを抑制できる。
10 半導体基板
10a 一面
11 基板
12 ドリフト層
13 ベース層
14 ソース領域(不純物領域)
15 ゲート絶縁膜
18 ゲート電極
19 接続配線
20 層間絶縁膜
22 ソース電極
23 ゲート配線
24 金属シリサイド膜
31 金属層
31a 未反応金属層

Claims (3)

  1. ゲート電極(18)と接続される接続配線(19)を備える炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
    第1導電型または第2導電型とされた基板(11)と、前記基板上に形成された第1導電型のドリフト層(12)と、前記ドリフト層上に形成された第2導電型のベース層(13)と、前記ベース層の表層部に形成された第1導電型の不純物領域(14)と、を有し、前記ベース層のうちの前記ドリフト層と前記不純物領域との間にゲート絶縁膜(17)が形成されると共に前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極が形成され、前記ベース層側の面を一面(10a)として前記一面上に、前記ゲート電極と接続されると共にポリシリコンで構成される前記接続配線が形成され、炭化珪素で構成された半導体基板(10)を用意することと、
    前記ベース層、前記不純物領域、前記ゲート電極、および前記接続配線が覆われるように層間絶縁膜(20)を形成することと、
    前記層間絶縁膜を含む部分に対し、前記ベース層および前記不純物領域を露出させる第1コンタクトホール(21a)を形成すると共に、前記接続配線を露出させる第2コンタクトホール(21b)を形成することと、
    熱酸化を行い、前記接続配線のうちの前記第2コンタクトホールから露出する部分に酸化膜(30)を形成することと、
    前記半導体基板のうちの前記第1コンタクトホールから露出する部分に金属層(31)を形成することと、
    加熱処理を行い、前記金属層と前記半導体基板とを反応させて金属シリサイド膜(24)を形成することと、
    前記金属層のうちの前記金属シリサイド膜となった部分と異なる部分の未反応金属層(31a)を除去することと、
    前記第1コンタクトホールを通じて前記ベース層および前記不純物領域と電気的に接続される電極(22)を形成すると共に、前記第2コンタクトホールを通じて前記接続配線と電気的に接続され、前記酸化膜の酸素を還元可能な材料で構成された部分を有するゲート配線(23)を形成することと、を行い、
    前記ゲート配線を形成することの途中、または前記ゲート配線を形成した後には、前記ゲート配線に関する加熱処理を行い、前記接続配線上に形成されている前記酸化膜の酸素を前記ゲート配線内に還元させて当該酸化膜を除去することを行い、
    前記半導体基板を用意することでは、前記ゲート電極を形成することの後、前記半導体基板のうちの前記ゲート絶縁膜との界面におけるダングリングボンドを窒素で終端させることを行い、
    前記酸化膜を形成することでは、10nm以下の前記酸化膜を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。
  2. 前記ゲート配線を形成した後、前記ゲート配線に関する加熱処理として、前記ゲート配線の膜質を安定化させる加熱処理を行い、
    前記酸化膜を除去することは、前記ゲート配線の膜質を安定化させる加熱処理を行っている際に行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記ゲート配線を形成することでは、主配線層(41)を形成することと、前記主配線層を形成することの前に、前記酸化膜の酸素を還元可能な材料であって、前記主配線層より拡散し難い材料であるバリアメタル層(40)を形成することと、前記バリアメタル層および前記主配線層をパターニングして前記ゲート配線を形成することと、を行い、
    前記バリアメタル層を形成することの後であって前記主配線層を形成することの前に、前記ゲート配線に関する加熱処理として、前記バリアメタル層と前記接続配線とを反応させて金属シリサイド膜(26)を形成する加熱処理を行い、
    前記酸化膜を除去することは、当該金属シリサイド膜を形成する加熱処理を行っている際に行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
JP2021112146A 2021-07-06 2021-07-06 炭化珪素半導体装置の製造方法 Active JP7613303B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021112146A JP7613303B2 (ja) 2021-07-06 2021-07-06 炭化珪素半導体装置の製造方法
US17/851,702 US20230009078A1 (en) 2021-07-06 2022-06-28 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
CN202210786074.7A CN115588617A (zh) 2021-07-06 2022-07-04 制造碳化硅半导体器件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021112146A JP7613303B2 (ja) 2021-07-06 2021-07-06 炭化珪素半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023008517A JP2023008517A (ja) 2023-01-19
JP7613303B2 true JP7613303B2 (ja) 2025-01-15

Family

ID=84772182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021112146A Active JP7613303B2 (ja) 2021-07-06 2021-07-06 炭化珪素半導体装置の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230009078A1 (ja)
JP (1) JP7613303B2 (ja)
CN (1) CN115588617A (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010062402A (ja) 2008-09-05 2010-03-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法
JP2020150242A (ja) 2019-03-15 2020-09-17 株式会社東芝 半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0653165A (ja) * 1992-07-28 1994-02-25 Sony Corp メタルプラグの形成方法
JP4825688B2 (ja) * 2002-09-11 2011-11-30 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
WO2010131571A1 (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 住友電気工業株式会社 半導体装置
JP6750590B2 (ja) * 2017-09-27 2020-09-02 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010062402A (ja) 2008-09-05 2010-03-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法
JP2020150242A (ja) 2019-03-15 2020-09-17 株式会社東芝 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023008517A (ja) 2023-01-19
US20230009078A1 (en) 2023-01-12
CN115588617A (zh) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12199178B2 (en) Semiconductor device
USRE48072E1 (en) Semiconductor device
CN101548387B (zh) 碳化硅半导体元件及其制造方法
JP5525940B2 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN102576723B (zh) 半导体装置及其制造方法
US7659574B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5745974B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP7605241B2 (ja) トレンチ型半導体装置の製造方法
JP3996286B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
CN111937158B (zh) 半导体装置的制造方法以及半导体装置
JP2017168684A (ja) 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法
KR20040029285A (ko) 집적 회로들을 위한 낮은 열 예산의 실리콘 리치 실리콘질화물
JP7613303B2 (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
US20150091021A1 (en) Method of Manufacturing Semiconductor Device and the Semiconductor Device
KR100298915B1 (ko) 반도체장치및그제조방법
JP7478604B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP7180425B2 (ja) 炭化珪素半導体装置
JP7548230B2 (ja) 半導体装置
JPH0127589B2 (ja)
JP7663035B2 (ja) 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
US20240290616A1 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2023005683A (ja) 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2024060921A (ja) 半導体装置の製造方法
TW202505605A (zh) 製造半導體裝置之方法
JP2022187367A (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231009

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240702

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240828

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: 20241126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241209

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7613303

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150