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JP7669702B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device Download PDF

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JP7669702B2 JP2021008988A JP2021008988A JP7669702B2 JP 7669702 B2 JP7669702 B2 JP 7669702B2 JP 2021008988 A JP2021008988 A JP 2021008988A JP 2021008988 A JP2021008988 A JP 2021008988A JP 7669702 B2 JP7669702 B2 JP 7669702B2
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Description

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を有するSiC半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide (SiC) semiconductor device having a semiconductor element made of SiC.

SiC基板を用いて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、例えば縦型MOSFETにおける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要求される。 When forming semiconductor elements such as power devices using SiC substrates, it is necessary to form ohmic electrodes with reduced contact resistance when forming electrodes for connecting the device to electrical circuits, such as the drain electrode on the back side of the substrate in a vertical MOSFET.

SiCにおけるオーミックコンタクトには、SiCと金属との合金層である金属シリサイドの形成が必要である。このため、SiC基板上にコンタクト母材となる金属膜を形成したのち、高温処理を行うことで、SiC基板との界面に金属シリサイドを形成してオーミック電極を構成している。しかしながら、SiCは炭素(C)を含むため、熱処理を行う際に金属シリサイドの界面にカーボン層が析出される。このカーボン層と金属との密着性が悪いため、金属シリサイドを含むオーミック電極の上に配線や電極パッドを形成した場合に、カーボン層と金属との界面において剥離しやすくなり、デバイスの信頼性を低下させることになる。 Ohmic contact in SiC requires the formation of a metal silicide, which is an alloy layer of SiC and metal. For this reason, a metal film that serves as the contact base material is formed on a SiC substrate, and then high-temperature treatment is performed to form a metal silicide at the interface with the SiC substrate to form an ohmic electrode. However, since SiC contains carbon (C), a carbon layer is precipitated at the interface of the metal silicide during heat treatment. Because the adhesion between this carbon layer and metal is poor, when wiring or electrode pads are formed on an ohmic electrode containing metal silicide, they tend to peel off at the interface between the carbon layer and the metal, reducing the reliability of the device.

このため、特許文献1に、酸素ガスまたはアルゴンガスを含む雰囲気中においてプラズマエッチングを行うことで、金属シリサイドの形成の際に析出するカーボン層を除去する方法が提案されている。酸素ガスを含むプラズマエッチングを行うことで炭素分をCOあるいはCOに変化させて除去し、アルゴンガスを含むプラズマエッチング行うことで物理的に電極上面部をエッチングして炭素分を除去している。 For this reason, Patent Document 1 proposes a method of removing the carbon layer that precipitates during the formation of metal silicide by performing plasma etching in an atmosphere containing oxygen gas or argon gas. By performing plasma etching containing oxygen gas, the carbon content is converted to CO or CO2 and removed, and by performing plasma etching containing argon gas, the upper surface of the electrode is physically etched to remove the carbon content.

特開2003-243323号公報JP 2003-243323 A

しかしながら、プラズマエッチングではカーボン層を的確に除去することが困難であり、除去し切れなかった場合、オーミック電極とその上に形成される配線や電極パッドとの間において剥離が生じることが懸念される。 However, it is difficult to accurately remove the carbon layer using plasma etching, and if it is not completely removed, there is concern that peeling may occur between the ohmic electrode and the wiring or electrode pad formed on it.

また、アルゴンガスを含むプラズマエッチングを行う場合には、物理的に電極上面部をエッチングすることで炭素分を除去することから、オーミック電極表面にダメージが発生する。そのため、オーミック電極と配線や電極パッドとの間の電気的な接続が劣化することが懸念される。 In addition, when performing plasma etching that contains argon gas, the upper surface of the electrode is physically etched to remove the carbon, which causes damage to the surface of the ohmic electrode. This raises concerns that the electrical connection between the ohmic electrode and the wiring or electrode pad may deteriorate.

本発明は上記点に鑑みて、金属シリサイドを含むオーミック電極とその上に形成される配線や電極パッドとの間の剥離を抑制することができるSiC半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a method for manufacturing a SiC semiconductor device that can suppress peeling between an ohmic electrode containing metal silicide and the wiring and electrode pads formed thereon.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、主表面(101a)およびその反対面となる裏面(101b)を有するSiC半導体基板(101)と、該SiC半導体基板の主表面側と裏面側の少なくとも一方において、SiCの一面にオーミック接合させられるオーミック電極(113)と、を有するSiC半導体装置の製造方法であって、オーミック接合させられるSiC上に、シリコン層(201)を形成することと、シリコン層の上にオーミック電極を形成するための金属膜(202)を形成することと、金属膜を形成することの後に、1回目の加熱処理を行うことで、金属膜とシリコン層とを反応させ、金属膜をシリサイド化させた金属シリサイド層(202a)を形成することと、1回目の加熱処理の後に、2回目の加熱処理を行うことで、金属シリサイド層の形成をさらに進め、炭化珪素の一面もシリサイド化させて、金属シリサイド層を含むシリサイド電極となるオーミック電極を構成することと、を含んでいる。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a manufacturing method for a SiC semiconductor device having a SiC semiconductor substrate (101) having a main surface (101a) and a back surface (101b) which is an opposite surface thereof, and an ohmic electrode (113) which is ohmic-contacted to one surface of the SiC on at least one of the main surface side and the back surface side of the SiC semiconductor substrate, the method including: forming a silicon layer (201) on the SiC to be ohmic-contacted; forming a metal film (202) for forming an ohmic electrode on the silicon layer; performing a first heat treatment after forming the metal film to react with the metal film and form a metal silicide layer (202a) by silicidating the metal film; and performing a second heat treatment after the first heat treatment to further advance the formation of the metal silicide layer and silicidize one surface of the silicon carbide, thereby forming an ohmic electrode which becomes a silicide electrode including the metal silicide layer.

このように、オーミック電極を形成するための金属膜を形成する前にシリコン層を形成している。また、1回目の加熱処理を行うことで金属膜とシリコン層とを反応させて金属シリサイド層を形成すると共に、金属シリサイド層のうちのSiC基板側がSiリッチな状態を作り出している。そして、この後に2回目の加熱処理を行うことで、SiC基板の一面までシリサイド化させられ、金属シリサイド層を含むオーミック電極を形成している。 In this way, the silicon layer is formed before forming the metal film for forming the ohmic electrode. The first heat treatment reacts the metal film with the silicon layer to form a metal silicide layer, and creates a Si-rich state on the SiC substrate side of the metal silicide layer. Then, the second heat treatment is performed after this, and the SiC substrate side is silicided to form an ohmic electrode including the metal silicide layer.

これにより、金属シリサイド層の界面におけるカーボン層の析出を抑制することができる。このため、金属シリサイド層を含むオーミック電極とその上に形成される配線や電極パッドとの間の剥離を抑制することが可能となる。 This makes it possible to suppress the precipitation of a carbon layer at the interface of the metal silicide layer. This makes it possible to suppress peeling between an ohmic electrode containing a metal silicide layer and the wiring or electrode pad formed on it.

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。 The reference symbols in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between the component and the specific components described in the embodiments described below.

本発明の第1実施形態で説明するSiC半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a SiC semiconductor device described in a first embodiment of the present invention. オーミック電極の形成工程を示す断面図である。5A to 5C are cross-sectional views showing a process of forming an ohmic electrode. 図2Aに続くオーミック電極の形成工程を示す断面図である。2B is a cross-sectional view showing a step of forming an ohmic electrode subsequent to FIG. 2A. 図2Bに続くオーミック電極の形成工程を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view showing a step of forming an ohmic electrode subsequent to FIG. 2B. 図2Cに続くオーミック電極の形成工程を示す断面図である。2C; FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step of forming an ohmic electrode subsequent to FIG. 2C; 図2Dに続くオーミック電極の形成工程を示す断面図である。FIG. 2E is a cross-sectional view showing a step of forming an ohmic electrode subsequent to FIG. 2D. 従来のオーミック電極の形成工程を示す断面図である。1A to 1C are cross-sectional views showing a conventional process for forming an ohmic electrode. 図3Aに続くオーミック電極の形成工程を示す断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view showing a step of forming an ohmic electrode subsequent to FIG. 3A.

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。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals.

(第1実施形態)
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。ここでは、SiC半導体素子としてのトレンチゲート構造の縦型パワーMOSFETを備えるSiC半導体装置を例に挙げて説明するが、シリサイド電極で構成されるオーミック電極を有するものであれば他の半導体素子を備えたSiC半導体装置であっても良い。
First Embodiment
First, a SiC semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to Fig. 1. Here, a SiC semiconductor device including a vertical power MOSFET with a trench gate structure as a SiC semiconductor element will be described as an example, but a SiC semiconductor device including other semiconductor elements may be used as long as it has an ohmic electrode formed of a silicide electrode.

図1は、縦型MOSFETの1セル分を図示したものである。この図に示される縦型MOSFETのセルが紙面左右方向に複数セル並べられることでセル領域が構成され、そのセル領域を囲むように図示しない外周耐圧構造が備えられることでSiC半導体装置が構成されている。 Figure 1 shows one cell of a vertical MOSFET. A cell region is formed by arranging multiple vertical MOSFET cells shown in this figure in the left-right direction of the page, and a peripheral breakdown voltage structure (not shown) is provided to surround the cell region, forming a SiC semiconductor device.

図1に示されるように、SiC半導体装置は、SiCで構成されたn型基板101を用いて形成されている。n型基板101は、表面101aおよびその反対面となる裏面101bを有し、裏面101b側が後述する裏面電極に相当するドレイン電極113に接続されるドレイン領域、換言すれば裏面電極に接続される裏面高濃度領域に相当するものである。n型基板101の表面101a上には、n型基板101よりも低不純物濃度のn型低濃度層102がエピタキシャル成長させられている。 As shown in Fig. 1, the SiC semiconductor device is formed using an n + type substrate 101 made of SiC. The n + type substrate 101 has a front surface 101a and a back surface 101b which is the opposite surface, and the back surface 101b side corresponds to a drain region connected to a drain electrode 113 which corresponds to a back surface electrode described later, in other words, a back surface high concentration region connected to the back surface electrode. An n - type low concentration layer 102 having a lower impurity concentration than the n + type substrate 101 is epitaxially grown on the front surface 101a of the n + type substrate 101.

型低濃度層102は、n型基板101から離れた位置において幅狭とされたJFET部102aとされ、JFET部102aの両側には、p型ディープ層103が形成されている。p型ディープ層103は、JFET部102aと同じ厚みで構成される。さらに、JFET部102aおよびp型ディープ層103の上には、p型ベース領域104が形成され、p型ベース領域104の上には、n型ソース領域105およびp型コンタクト領域106が形成されている。n型ソース領域105は、n型低濃度層102よりも高不純物濃度とされた表面高濃度領域であり、p型ベース領域104のうちJFET部102aと対応する部分の上に形成されている。p型コンタクト領域106は、p型ベース領域104よりも高不純物濃度で構成され、p型ベース領域104のうちp型ディープ層103と対応する部分の上に形成されている。 The n - type low concentration layer 102 is a narrow JFET portion 102a at a position away from the n + type substrate 101, and a p-type deep layer 103 is formed on both sides of the JFET portion 102a. The p-type deep layer 103 is configured to have the same thickness as the JFET portion 102a. Furthermore, a p-type base region 104 is formed on the JFET portion 102a and the p-type deep layer 103, and an n + type source region 105 and a p + type contact region 106 are formed on the p-type base region 104. The n + type source region 105 is a surface high concentration region having a higher impurity concentration than the n - type low concentration layer 102, and is formed on a portion of the p-type base region 104 corresponding to the JFET portion 102a. The p + type contact region 106 is configured to have a higher impurity concentration than the p-type base region 104, and is formed on a portion of the p-type base region 104 corresponding to the p-type deep layer 103.

p型ベース領域104およびn型ソース領域105を貫通してJFET部102aに達するゲートトレンチ107が形成されている。このゲートトレンチ107の側面と接するように上述したp型ベース領域104およびn型ソース領域105が配置されている。ゲートトレンチ107は、図1の紙面左右方向を幅方向、紙面法線方向となる一方向を長手方向、紙面上下方向を深さ方向としてライン状のレイアウトで形成されている。また、図1には1本しか示していないが、ゲートトレンチ107は、複数本が紙面左右方向に等間隔に配置されている。そして、図1に示されるように、ゲートトレンチ107は、それぞれp型ディープ層103の間に挟まれるように配置されていてストライプ状とされている。 A gate trench 107 is formed, which penetrates the p-type base region 104 and the n + -type source region 105 and reaches the JFET portion 102a. The above-mentioned p-type base region 104 and n + -type source region 105 are arranged so as to contact the side surface of the gate trench 107. The gate trench 107 is formed in a line-shaped layout with the left-right direction of the paper surface of FIG. 1 as the width direction, one direction normal to the paper surface as the length direction, and the up-down direction of the paper surface as the depth direction. Although only one gate trench 107 is shown in FIG. 1, multiple gate trenches 107 are arranged at equal intervals in the left-right direction of the paper surface. As shown in FIG. 1, the gate trenches 107 are arranged so as to be sandwiched between the p-type deep layers 103, and are formed in a stripe shape.

また、p型ベース領域104のうちゲートトレンチ107の側面に位置している部分は、縦型MOSFETの作動時にn型ソース領域105とJFET部102aとの間を繋ぐチャネル領域とされる。そして、このチャネル領域を含むゲートトレンチ107の内壁面にゲート絶縁膜108が形成されている。ゲート絶縁膜108の表面にはドープドPoly-Siにて構成されたゲート電極109が形成されており、これらゲート絶縁膜108およびゲート電極109によってゲートトレンチ107内が埋め尽くされている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。 In addition, the portion of the p-type base region 104 located on the side of the gate trench 107 is used as a channel region connecting the n + -type source region 105 and the JFET portion 102a when the vertical MOSFET is in operation. A gate insulating film 108 is formed on the inner wall surface of the gate trench 107 including this channel region. A gate electrode 109 made of doped Poly-Si is formed on the surface of the gate insulating film 108, and the inside of the gate trench 107 is filled with the gate insulating film 108 and the gate electrode 109. This forms a trench gate structure.

型ソース領域105やp型コンタクト領域106およびトレンチゲート構造の表面には、層間絶縁膜110が形成されている。そして、層間絶縁膜110の上に導体パターンとして、表面電極に相当するソース電極111や図示しないゲート配線層が形成されている。また、層間絶縁膜110にはコンタクトホール110aなどが形成されている。そして、ソース電極111がコンタクトホール110aを通じてn型ソース領域105やp型コンタクト領域106と電気的に接続されている。また、図示しないが、図1とは別断面において、ゲート配線層が他のコンタクトホールを通じてゲート電極109と電気的に接続されている。 An interlayer insulating film 110 is formed on the surface of the n + type source region 105, the p + type contact region 106, and the trench gate structure. A source electrode 111 corresponding to a surface electrode and a gate wiring layer (not shown) are formed on the interlayer insulating film 110 as a conductor pattern. A contact hole 110a and the like are formed in the interlayer insulating film 110. The source electrode 111 is electrically connected to the n + type source region 105 and the p + type contact region 106 through the contact hole 110a. Although not shown, in a cross section different from that in FIG. 1, the gate wiring layer is electrically connected to the gate electrode 109 through another contact hole.

また、n型基板101の裏面101b側、つまりソース電極111が形成された側と反対側の一面にはn型基板101と電気的に接続された裏面電極に相当するドレイン電極113が形成されている。ドレイン電極113は、シリサイド電極で構成されるオーミック電極であり、例えばニッケル(Ni)、Mo(モリブデン)、チタン(Ti)などのシリサイド化する金属材料によって構成されている。ドレイン電極113を構成する金属は一種類の材料である必要は無く、ここで挙げた材料の複数を組み合わせた材料、例えばMo/Niなどとしても良い。また、ドレイン電極113を構成する材料に不純物が含まれていても良い。 In addition, a drain electrode 113 corresponding to a back electrode electrically connected to the n + type substrate 101 is formed on the back surface 101b side of the n + type substrate 101, that is, on the surface opposite to the side on which the source electrode 111 is formed. The drain electrode 113 is an ohmic electrode composed of a silicide electrode, and is composed of a metal material that can be silicided, such as nickel (Ni), Mo (molybdenum), or titanium (Ti). The metal that composes the drain electrode 113 does not need to be a single type of material, and may be a material that combines two or more of the materials listed here, such as Mo/Ni. The material that composes the drain electrode 113 may also contain impurities.

ドレイン電極113は、n型基板101との界面がシリサイド化された金属シリサイド層202a(後述する図2E参照)となっており、金属シリサイド層202aを含むシリサイド電極とされることでオーミック電極となっている。このドレイン電極113に含まれる金属シリサイド層202aの界面におけるカーボンの析出が抑制されている。 The drain electrode 113 has a silicided metal silicide layer 202a (see FIG. 2E described later) at the interface with the n + type substrate 101, and is an ohmic electrode due to being a silicide electrode including the metal silicide layer 202a. Carbon precipitation at the interface of the metal silicide layer 202a included in the drain electrode 113 is suppressed.

このような構造により、nチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造の縦型MOSFETを備えたSiC半導体装置が構成されている。そして、ドレイン電極113に含まれる金属シリサイド層202aの界面においてカーボンの析出が抑制されていることから、ドレイン電極113に含まれる金属シリサイド層202aの界面での剥離を抑制できる。このため、ドレイン電極113と図示しない配線や電極パッドとの間の電気的な接続か劣化することを抑制することが可能となる。 This structure constitutes a SiC semiconductor device equipped with an n-channel type inverted trench gate structure vertical MOSFET. Since carbon precipitation is suppressed at the interface of the metal silicide layer 202a included in the drain electrode 113, peeling at the interface of the metal silicide layer 202a included in the drain electrode 113 can be suppressed. This makes it possible to suppress deterioration of the electrical connection between the drain electrode 113 and the wiring or electrode pad (not shown).

次に、上記のように構成されるSiC半導体装置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113の形成方法について主に説明する。 Next, a method for manufacturing a SiC semiconductor device configured as described above will be described. However, since the basic manufacturing method for the vertical power MOSFET according to this embodiment is the same as the conventional method, the method for forming the drain electrode 113, which differs from the conventional method, will be mainly described.

本実施形態にかかる縦型パワーMOSFETは、図2A~図2Eに示す各製造工程を経て製造される。 The vertical power MOSFET of this embodiment is manufactured through the manufacturing steps shown in Figures 2A to 2E.

まず、図2Aに示すように、n型基板101を用意する。n型基板101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型基板101の表面101a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型低濃度層102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るp型ディープ層103の形成工程、エピタキシャル成長によるp型ベース領域104の形成工程を行う。また、イオン注入またはエピタキシャル成長によるn型ソース領域105の形成工程、イオン注入によるp型コンタクト領域106の形成工程、異方性エッチングによるゲートトレンチ107の形成工程、熱酸化などによるゲート絶縁膜108の形成工程を行う。さらに、ドープドPoly-Siの成膜およびエッチバックによるゲート電極109の形成工程、層間絶縁膜110の形成およびパターニング工程、ソース電極111やゲート配線層の形成およびパターニング工程を行う。これらの工程を経て、半導体素子の構成要素のうちの表面側構造を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, an n + type substrate 101 is prepared. The n + type substrate 101 is manufactured, for example, by slicing an SiC ingot doped with n-type impurities and then polishing it. Then, although not shown, a device formation process is performed to form at least a part of the components of a semiconductor device on the surface 101a side of the n + type substrate 101. That is, after epitaxially growing the n - type low concentration layer 102, a process of forming a p-type deep layer 103 by ion implantation using a mask not shown, and a process of forming a p-type base region 104 by epitaxial growth are performed. In addition, a process of forming an n + type source region 105 by ion implantation or epitaxial growth, a process of forming a p + type contact region 106 by ion implantation, a process of forming a gate trench 107 by anisotropic etching, and a process of forming a gate insulating film 108 by thermal oxidation or the like are performed. Further, a process of forming a gate electrode 109 by depositing doped Poly-Si and etching back the same, a process of forming and patterning an interlayer insulating film 110, and a process of forming and patterning a source electrode 111 and a gate wiring layer are performed. Through these processes, the front side structure of the components of the semiconductor element is formed.

その後、図示しないが、研削研磨によってn型基板101の裏面101b側の一部を除去し、n型基板101を薄膜化する薄化工程を行う。例えば、n型基板101の裏面101b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型基板101の裏面101b側の一部を除去して平坦化する。そして、図2B~図2Eに示す工程を行うことで、薄膜化後のn型基板101の裏面101b上にドレイン電極113を形成する工程を行う。 After that, although not shown, a thinning process is performed in which a part of the back surface 101b side of the n + type substrate 101 is removed by grinding and polishing to thin the n + type substrate 101. For example, the back surface 101b side of the n + type substrate 101 is turned to the front, and the opposite surface is attached to a glass substrate, and then a part of the back surface 101b side of the n + type substrate 101 is removed and flattened by performing CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. Then, a process of forming a drain electrode 113 on the back surface 101b of the thinned n + type substrate 101 is performed by performing the processes shown in Figures 2B to 2E.

具体的には、図2Bに示す工程として、薄膜化後のn型基板101の裏面101bに対して、シリコン層に相当するPoly-Si層201を形成する。続いて、図2Cに示す工程として、Poly-Si層201の上にドレイン電極113を構成するための金属膜202を形成する。Poly-Si層201については、不純物がドープされていないノンドープPoly-Siで構わないが、不純物がドープされたドープドPoly-Siであっても構わない。また、シリコン層としては、Poly-Si層201に限らず、単結晶シリコンで構成されるものであっても良い。金属膜202については、シリサイド反応を起こす金属材料であるNi、Mo、Tiなどを用いることができ、ここではNiを用いている。Poly-Si層201および金属膜202の膜厚については任意であるが、Poly-Si層201については、次の図2Dに示す工程で金属膜202と全域シリサイド化反応する程度の厚みであれば良い。 Specifically, as a process shown in FIG. 2B, a Poly-Si layer 201 equivalent to a silicon layer is formed on the back surface 101b of the n + type substrate 101 after thinning. Then, as a process shown in FIG. 2C, a metal film 202 for forming the drain electrode 113 is formed on the Poly-Si layer 201. The Poly-Si layer 201 may be non-doped Poly-Si that is not doped with impurities, or may be doped Poly-Si that is doped with impurities. The silicon layer is not limited to the Poly-Si layer 201, and may be formed of single crystal silicon. The metal film 202 may be made of Ni, Mo, Ti, or the like, which are metal materials that cause a silicide reaction, and Ni is used here. The thicknesses of the Poly-Si layer 201 and the metal film 202 are arbitrary, but the Poly-Si layer 201 may have a thickness that allows the entire area to be silicided with the metal film 202 in the process shown in FIG. 2D.

具体的には、金属膜202をNiで構成する場合、Poly-Si層201の膜厚をTp、金属膜202の膜厚をTmとすると、Tp/Tm≦0.5以下にする。金属膜202の膜厚Tmについては任意であるが、例えば100nm~200nmとすることができ、膜厚Tmを100nmとする場合であれば、Poly-Si層201の膜厚Tpを50nm以下にすれば良い。 Specifically, when the metal film 202 is made of Ni, the thickness of the Poly-Si layer 201 is Tp and the thickness of the metal film 202 is Tm, and the relationship Tp/Tm is set to 0.5 or less. The thickness Tm of the metal film 202 is arbitrary, but can be set to, for example, 100 nm to 200 nm. If the thickness Tm is set to 100 nm, the thickness Tp of the Poly-Si layer 201 should be set to 50 nm or less.

なお、Tp/Tmをどの程度にすれば良いかについては、金属膜202を構成する金属材料として何を用いるかに応じて変わるため、その金属材料に合わせて決めれば良い。 The appropriate value for Tp/Tm depends on the metal material used to form the metal film 202, so it should be determined based on the metal material.

続く図2Dに示す工程では、1回目の加熱処理として、加熱装置を用いて図2Cに示す工程まで行った試料を加熱することで、Poly-Si層201と金属膜202とを反応させる。例えば、300~350℃の加熱温度で10分以上の加熱を行う。加熱装置としてはどのようなものを用いても良いが、半導体素子の構成要素のうちの表面側構造に影響を及ぼさないようにできる加熱装置を用いている。ここでは、1回目の加熱処理を比較的低温で行っており、表面側構造への影響が少ないため、ヒータ加熱装置などによって試料全体を一括して加熱する形態で行っているが、局所的な加熱が行われるようにしても良い。 In the next step shown in FIG. 2D, a heating device is used to heat the sample that has been subjected to the steps shown in FIG. 2C as the first heat treatment, thereby causing a reaction between the Poly-Si layer 201 and the metal film 202. For example, heating is performed for 10 minutes or more at a heating temperature of 300 to 350°C. Any heating device may be used, but a heating device that does not affect the surface side structure of the components of the semiconductor element is used. Here, the first heat treatment is performed at a relatively low temperature, and since there is little effect on the surface side structure, the entire sample is heated at once using a heater heating device or the like, but localized heating may also be performed.

これにより、金属シリサイド層202aを形成する。金属膜202をNiで構成している場合には、ニッケルシリサイド(NiSi)で構成される金属シリサイド層202aが形成される。金属シリサイド層202aは、n型基板101の裏面101bに至る位置まで形成された形態が好ましいが、図2Dに示す工程の段階では金属シリサイド層202aとn型基板101の裏面101bとの間にPoly-Si層201が残った形態であっても良い。いずれの形態であっても、金属シリサイド層202aのうちのn型基板101側については、炭素元素よりもシリコン元素の方が多いSiリッチの状態になる。また、金属膜202については、全域シリサイド化してしまうのではないため、金属シリサイド層202aを挟んでn型基板101と反対側においては、金属膜202を構成する金属材料のままの残部202bが残った状態になる。 This forms a metal silicide layer 202a. When the metal film 202 is made of Ni, the metal silicide layer 202a made of nickel silicide (NiSi) is formed. The metal silicide layer 202a is preferably formed up to the rear surface 101b of the n + type substrate 101, but may be in a form in which the Poly-Si layer 201 remains between the metal silicide layer 202a and the rear surface 101b of the n + type substrate 101 at the stage of the process shown in FIG. 2D. In either form, the metal silicide layer 202a on the n + type substrate 101 side becomes a Si-rich state in which silicon elements are more abundant than carbon elements. In addition, since the metal film 202 is not entirely silicided, the remaining portion 202b of the metal material constituting the metal film 202 remains as it is on the side opposite to the n + type substrate 101 across the metal silicide layer 202a.

そして、図2Eに示す工程として、加熱装置を用いて、2回目の加熱処理を行う。2回目の加熱処理については、図2Dに示す工程によって金属シリサイド層202aのうちのn型基板101側がSiリッチとなっている状態で行われることになる。これにより、n型基板101の裏面101bまでシリサイド化されるように金属シリサイド層202aの形成がさらに進められると共に、金属シリサイド層202aを含むシリサイド電極としてドレイン電極113を形成することができる。 Then, as the step shown in Fig. 2E, a second heat treatment is performed using a heating device. The second heat treatment is performed in a state where the n + type substrate 101 side of the metal silicide layer 202a is Si-rich due to the step shown in Fig. 2D. This further advances the formation of the metal silicide layer 202a so that the back surface 101b of the n + type substrate 101 is silicided, and the drain electrode 113 can be formed as a silicide electrode including the metal silicide layer 202a.

2回目の加熱処理については1回目の加熱処理よりも高温によって行っており、例えば、950~1000℃の加熱温度で10nsec~0.1secの時間加熱を行う。2回目の加熱処理についても、どのような加熱装置を用いても良いが、半導体素子の構成要素のうちの表面側構造に影響を及ぼさないようにするのが好ましい。このため、レーザアニール装置のような局所的な加熱を行える装置やフラッシュランプアニールのように瞬間的な加熱を行える装置を用いると好ましい。ここでは、2回目の加熱処理の際に1回目の加熱処理の際に用いた加熱装置と異なった加熱装置を用いているが、同じ加熱装置としても良い。その場合、共通の加熱装置で各加熱処理を行えるのに加えて、装置間の搬送も必要無くなる。 The second heat treatment is performed at a higher temperature than the first heat treatment, for example, at a heating temperature of 950 to 1000°C for a time of 10 nsec to 0.1 sec. Any heating device may be used for the second heat treatment, but it is preferable not to affect the front side structure of the components of the semiconductor element. For this reason, it is preferable to use a device that can perform localized heating such as a laser annealing device or a device that can perform instantaneous heating such as a flash lamp annealing device. Here, a different heating device is used for the second heat treatment from the heating device used for the first heat treatment, but the same heating device may be used. In that case, not only can each heat treatment be performed using a common heating device, but transportation between devices is also unnecessary.

このように、金属シリサイド層202aのうちのn型基板101側がSiリッチとなっている状態で2回目の加熱処理を行うと、ドレイン電極113に含まれる金属シリサイド層202aの界面におけるカーボンの析出を抑制することができる。このため、ドレイン電極113に含まれる金属シリサイド層202aの界面での剥離を抑制できる。これにより、ドレイン電極113と図示しない配線や電極パッドとの間の電気的な接続か劣化することを抑制することが可能となる。 In this way, when the second heat treatment is performed in a state where the n + type substrate 101 side of the metal silicide layer 202a is Si-rich, it is possible to suppress the precipitation of carbon at the interface of the metal silicide layer 202a included in the drain electrode 113. Therefore, it is possible to suppress the peeling at the interface of the metal silicide layer 202a included in the drain electrode 113. This makes it possible to suppress the deterioration of the electrical connection between the drain electrode 113 and the wiring or electrode pad (not shown).

このようにして、図2Eに示すようなドレイン電極113が形成される。なお、この後は図示しないが、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。 In this way, the drain electrode 113 is formed as shown in FIG. 2E. After this, the SiC semiconductor device is completed by dividing the substrate into chips by dicing (not shown).

以上説明したように、本実施形態では、シリサイド電極を構成するドレイン電極113を形成する際に、ドレイン電極113を形成するための金属膜202を形成する前にPoly-Si層201を形成している。また、1回目の加熱処理として比較的低温での熱処理を行うことで金属膜202とPoly-Si層201とを反応させて金属シリサイド層202aを形成すると共に、金属シリサイド層202aのうちのn型基板101側がSiリッチな状態を作り出している。そして、この後に2回目の加熱処理として1回目の加熱処理よりも高温での熱処理を行うことで、n型基板101の裏面101bまでシリサイド化させられ、金属シリサイド層202aを含むドレイン電極113を形成している。 As described above, in this embodiment, when forming the drain electrode 113 constituting the silicide electrode, the Poly-Si layer 201 is formed before forming the metal film 202 for forming the drain electrode 113. In addition, by performing a heat treatment at a relatively low temperature as the first heat treatment, the metal film 202 and the Poly-Si layer 201 are reacted to form the metal silicide layer 202a, and the n + type substrate 101 side of the metal silicide layer 202a is made to be Si-rich. Then, by performing a heat treatment at a higher temperature than the first heat treatment as the second heat treatment after this, the back surface 101b of the n + type substrate 101 is silicided to form the drain electrode 113 including the metal silicide layer 202a.

これにより、金属シリサイド層202aの界面におけるカーボン層の析出を抑制することができる。このため、金属シリサイド層202aを含むシリサイド電極を構成するドレイン電極113とその上に形成される配線や電極パッドとの間の剥離を抑制することが可能となる。 This makes it possible to suppress the precipitation of a carbon layer at the interface of the metal silicide layer 202a. This makes it possible to suppress peeling between the drain electrode 113, which constitutes a silicide electrode including the metal silicide layer 202a, and the wiring and electrode pads formed thereon.

また、従来の製造方法、すなわち、図3Aに示すようにn型基板101の上に金属膜202を直接形成したのち、加熱処理として950~1000℃の加熱温度での加熱を行った場合、図3Bに示すように金属シリサイド層202aを含む金属膜202の表面にカーボン層300が析出する。このため、プラズマエッチングを行うことでカーボン層300を除去するなどの工程が行われている。 In addition, in the case of the conventional manufacturing method, that is, in which the metal film 202 is directly formed on the n + type substrate 101 as shown in Fig. 3A and then heated at a heating temperature of 950 to 1000°C as a heat treatment, the carbon layer 300 is precipitated on the surface of the metal film 202 including the metal silicide layer 202a as shown in Fig. 3B. For this reason, a process of removing the carbon layer 300 by performing plasma etching is performed.

しかしながら、本実施形態の製造方法によって金属シリサイド層202aの界面での剥離を抑制することが可能になるため、従来のようなプラズマエッチングを用いてカーボン層300を除去する必要がなくなる。したがって、ドレイン電極113にプラズマエッチングによる物理的なダメージ発生することを防げ、それに起因するドレイン電極113と図示しない配線や電極パッドとの間の電気的な接続が劣化することを抑制することが可能となる。 However, the manufacturing method of this embodiment makes it possible to suppress peeling at the interface of the metal silicide layer 202a, and therefore eliminates the need to remove the carbon layer 300 using plasma etching as in the past. This makes it possible to prevent physical damage to the drain electrode 113 caused by plasma etching, and to suppress deterioration of the electrical connection between the drain electrode 113 and the wiring and electrode pads (not shown) that would otherwise result from this.

(他の実施形態)
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、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。
Other Embodiments
Although the present disclosure has been described based on the above-described embodiment, it is not limited to the embodiment, and includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, and other combinations and forms including only one element, more than one element, or less than one element, are also within the scope and concept of the present disclosure.

(1)例えば、上記実施形態では、シリサイド電極として、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本発明に係る製造方法を適用する場合について説明した。しかしながら、本発明に係る製造方法については、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オーミック電極を形成する場合に限らず適用可能である。すなわち、SiC基板の表面側と裏面側いずれかにオーミック電極を形成する構造であれば、どのような部位にオーミック電極を形成する場合でも適用でき、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際に、レーザアニール装置などの局所的な熱処理が行える加熱装置を用いることで、デバイスへの影響を抑制することが可能となる。 (1) For example, in the above embodiment, the manufacturing method according to the present invention has been described using an ohmic electrode on the back side of a device in which each component is formed on the front side of a SiC substrate as an example of a silicide electrode. However, the manufacturing method according to the present invention is applicable not only to the case where an ohmic electrode is formed on the back side of a device in which each component is formed on the front side of a SiC substrate. In other words, as long as an ohmic electrode is formed on either the front or back side of a SiC substrate, the method can be applied to any location where an ohmic electrode is formed, for example, to the case where an ohmic electrode is formed on the front side of a SiC substrate. Even in this case, when forming an ohmic electrode after forming each component of the device, it is possible to suppress the influence on the device by using a heating device that can perform local heat treatment, such as a laser annealing device.

(2)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たSiC半導体装置としても良い。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。 (2) In addition, in the above first embodiment, a SiC semiconductor device having a vertical power MOSFET as a semiconductor element is described as an example, but this is also merely one example, and the SiC semiconductor device may have other semiconductor elements such as a diode or an IGBT. In other words, any SiC semiconductor device may be used as long as it has an ohmic electrode for a semiconductor element formed on a SiC semiconductor substrate.

101 n型基板
113 ドレイン電極
201 Poly-Si層
202 金属膜
202a 金属シリサイド層
101 n + type substrate 113 drain electrode 201 Poly-Si layer 202 metal film 202a metal silicide layer

Claims (7)

主表面(101a)およびその反対面となる裏面(101b)を有する炭化珪素半導体基板(101)と、該炭化珪素半導体基板の前記主表面側と前記裏面側の少なくとも一方において、炭化珪素の一面にオーミック接合させられるオーミック電極(113)と、を有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記オーミック接合させられる前記炭化珪素上に、シリコン層(201)を形成することと、
前記シリコン層の上に前記オーミック電極を形成するための金属膜(202)を形成することと、
前記金属膜を形成することの後に、1回目の加熱処理を行うことで、前記金属膜と前記シリコン層とを反応させ、前記金属膜をシリサイド化させた金属シリサイド層(202a)を形成することと、
前記1回目の加熱処理の後に、2回目の加熱処理を行うことで、前記金属シリサイド層の形成をさらに進め、前記炭化珪素の一面もシリサイド化させて、前記金属シリサイド層を含むシリサイド電極にて前記オーミック電極を構成することと、
を含む、炭化珪素半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising: a silicon carbide semiconductor substrate (101) having a main surface (101a) and a back surface (101b) opposite thereto; and an ohmic electrode (113) that is ohmic-contacted to one surface of silicon carbide on at least one of the main surface side and the back surface side of the silicon carbide semiconductor substrate, the method comprising:
forming a silicon layer (201) on the silicon carbide to be ohmic-contacted;
forming a metal film (202) for forming the ohmic electrode on the silicon layer;
After forming the metal film, a first heat treatment is performed to react the metal film with the silicon layer and form a metal silicide layer (202a) by silicidating the metal film;
performing a second heat treatment after the first heat treatment to further advance the formation of the metal silicide layer and silicide one surface of the silicon carbide, thereby forming the ohmic electrode with a silicide electrode including the metal silicide layer;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device includes:
前記1回目の加熱処理は、前記炭化珪素に至る位置まで前記金属シリサイド層とする、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the first heat treatment is performed to form the metal silicide layer up to a position that reaches the silicon carbide. 前記2回目の加熱処理を前記1回目の加熱処理よりも高温で行う、請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the second heat treatment is performed at a temperature higher than that of the first heat treatment. 前記1回目の加熱処理を300~350℃の加熱温度で行い、
前記2回目の加熱処理を950~1000℃の加熱温度で行う、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The first heat treatment is carried out at a heating temperature of 300 to 350° C.,
4. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the second heat treatment is performed at a heating temperature of 950 to 1000.degree.
前記2回目の加熱処理をレーザアニールまたはフラッシュランプアニールによって行う、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second heat treatment is performed by laser annealing or flash lamp annealing. 前記金属膜を形成することでは、前記金属膜をNiで構成し、
前記シリコン層を形成すること、および、前記金属膜を形成することでは、前記シリコン層の膜厚をTp、前記金属膜の膜厚をTmとして、Tp/Tm≦0.5となるようにする、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
In the forming of the metal film, the metal film is made of Ni;
6. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein forming the silicon layer and forming the metal film are performed such that Tp/Tm≦0.5, where Tp is a thickness of the silicon layer and Tm is a thickness of the metal film.
前記金属膜を形成することでは、前記金属膜をNiで構成し、In the forming of the metal film, the metal film is made of Ni;
前記シリコン層を形成することでは、前記シリコン層をPoly-Si層で構成する、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。7. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein, in forming said silicon layer, said silicon layer is constituted by a Poly-Si layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013254842A (en) 2012-06-07 2013-12-19 Hitachi Ltd Semiconductor device and method for manufacturing the same
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