JP2006324565A - Semiconductor device and method for manufacturing same - Google Patents

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Kaoru Osada
かおる 長田
Makoto Kitahata
真 北畠
Osamu Kusumoto
修 楠本
Masao Uchida
正雄 内田
Kunimasa Takahashi
邦方 高橋
Masaya Yamashita
賢哉 山下
Koichi Hashimoto
浩一 橋本
Ryoko Miyanaga
良子 宮永
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SiC power device that achieves a low resistance wiring and a via plug with a low resistance and a high aspect ratio. <P>SOLUTION: This semiconductor device comprises: a silicon carbide semiconductor substrate 11; a source electrode (ohmic electrode) 15 formed on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate 11; a via plug 25 or wiring 21 to be used for electric connection to the source electrode 15; and a drain electrode (ohmic electrode) 22 formed on the back of the silicon carbide semiconductor substrate 11. A material with a melting point higher than the sintering temperature of the drain electrode 22 is used for the via plug 25 or wiring 21, or tungsten or copper is preferably used for the plug or wiring. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体デバイス、特にパワーデバイスのビアプラグと配線の構造とその製造方法に関する。   The present invention relates to a via plug and wiring structure of a semiconductor device, in particular, a power device, and a manufacturing method thereof.

地球環境保護の機運が年々高まる中、低公害車への優遇策にも後押しされる形で電気自動車の開発が加速されている。電気自動車は電気的動力部の位置づけにより、エレクトリックカーとハイブリッドカーに2分され、電気自動車の普及には電源部の小型高性能化や駆動機構の改善、充電インフラの整備など多数の課題解決が必要である。半導体パワーデバイスは電気自動車に用いられるキーデバイスの一つであり、低公害社会のプラットホーム技術としてきわめて重要である。電気自動車が、パワーデバイスに求めるデバイス特性は、高耐圧、低損失、高耐熱等である。また、車は、限られたスペースであるためデバイス自体の小型化も求められている。   As the momentum for protecting the global environment increases year by year, the development of electric vehicles is being accelerated in favor of preferential measures for low-emission vehicles. Electric vehicles are divided into electric cars and hybrid cars due to the positioning of the electric power section, and the widespread use of electric cars solves many problems such as miniaturization and high performance of the power supply section, improvement of drive mechanism, and maintenance of charging infrastructure. is necessary. Semiconductor power devices are one of the key devices used in electric vehicles, and are extremely important as a platform technology for a low-pollution society. The device characteristics required for electric devices by electric vehicles are high breakdown voltage, low loss, high heat resistance, and the like. In addition, since the car is a limited space, the device itself is also required to be downsized.

こうした背景の中、炭化珪素(SiC)材料はシリコン(Si)に比べて、絶縁破壊電圧、熱伝導度、飽和ドリフト速度、禁制帯などで優れた物性を示し、高耐圧、低損失、高速応答、高耐熱なパワーデバイスの実現材料として期待が高く、Si半導体パワーデバイスからSiC半導体パワーデバイスへの革新が進められている。例えば、Siからなるデバイスの動作時の耐熱性が150℃程度に対し、SiCはワイドギャップであるため300℃程度である。また、一般的に、SiC半導体の絶縁破壊電解強度は、Si半導体に比べ7倍強いため、同じ縦型MOSデバイス構造を形成する際に、耐圧を維持するのに必要なドリフト層を薄くすることができるので、低損失な素子になると考えられている。   Against this background, silicon carbide (SiC) materials have superior physical properties such as dielectric breakdown voltage, thermal conductivity, saturation drift speed, and forbidden band, compared to silicon (Si), with high breakdown voltage, low loss, and fast response. It is highly expected as a material for realizing high heat-resistant power devices, and innovation from Si semiconductor power devices to SiC semiconductor power devices is being promoted. For example, the heat resistance during operation of a device made of Si is about 150 ° C., whereas SiC has a wide gap and is about 300 ° C. In general, the breakdown electrolysis strength of SiC semiconductors is 7 times stronger than that of Si semiconductors. Therefore, when forming the same vertical MOS device structure, the drift layer necessary to maintain the breakdown voltage must be thin. Therefore, it is considered to be a low-loss element.

このようなSiC半導体の特性を活かした低損失素子の実現に向けて、素子の微細化や配線抵抗の低減等の開発が進んでいる。SiC半導体パワーデバイスにおける一般的なMOSデバイス構造の単位ユニットの断面を図3に示す。   Developments such as miniaturization of elements and reduction of wiring resistance are progressing toward the realization of low-loss elements utilizing the characteristics of SiC semiconductors. FIG. 3 shows a cross section of a unit unit of a general MOS device structure in a SiC semiconductor power device.

図3において、11は炭化珪素半導体基板、12は上記炭化珪素半導体基板の表層部の所定領域にp型不純物をイオン注入することにより形成されたp型不純物領域(ベース領域)、13はp型不純物領域12の表層部の所定領域内へn型不純物をイオン注入することにより形成されたn型不純物領域(ソース領域)、14はp型不純物領域12とソース電極(オーミック電極)15との電気的コンタクトをとるためのp型不純物領域(p+コンタクト層)である。16は基板上に形成されたSiO2などからなるゲート絶縁膜、17はゲート絶縁膜16上に形成されたゲート電極、18はソース電極15とゲート電極17との絶縁を確保するための層間絶縁膜、24および20は各々、素子の集積化とリードフレームに対して電気的にソース電極15を接続するために形成されたビアプラグ、および配線、22は半導体基板11の裏面に形成されたドレイン電極(オーミック電極)である。ここで、炭化珪素半導体基板とは、少なくとも一部に炭化珪素を有する半導体基板であって、例えば、炭化珪素からなる基板上にエピタキシャル成長された炭化珪素を有していても良いし、Siからなる基板上にヘテロエピタキシャル成長された炭化珪素を有していても良い。もちろん、炭化珪素からなる基板そのものであっても良い。 In FIG. 3, 11 is a silicon carbide semiconductor substrate, 12 is a p-type impurity region (base region) formed by ion-implanting p-type impurities into a predetermined region of the surface layer portion of the silicon carbide semiconductor substrate, and 13 is a p-type impurity. An n-type impurity region (source region) formed by ion-implanting an n-type impurity into a predetermined region of the surface layer portion of the impurity region 12, 14 is an electrical connection between the p-type impurity region 12 and the source electrode (ohmic electrode) 15. This is a p-type impurity region (p + contact layer) for making a positive contact. 16 is a gate insulating film made of SiO 2 or the like formed on the substrate, 17 is a gate electrode formed on the gate insulating film 16, and 18 is an interlayer insulation for ensuring insulation between the source electrode 15 and the gate electrode 17. Films 24 and 20 are each a via plug formed to integrate the element and electrically connect the source electrode 15 to the lead frame, and wiring, and 22 is a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate 11. (Ohmic electrode). Here, the silicon carbide semiconductor substrate is a semiconductor substrate having at least a portion of silicon carbide, and may include, for example, silicon carbide epitaxially grown on a substrate made of silicon carbide, or made of Si. You may have the silicon carbide heteroepitaxially grown on the board | substrate. Of course, the substrate itself made of silicon carbide may be used.

上記の従来のSiC−MOSデバイスの形成方法の一例を図4に記す。従来の形成方法では、上部配線形成を裏面電極形成より後に行っている。   An example of a method for forming the above-described conventional SiC-MOS device is shown in FIG. In the conventional forming method, the upper wiring is formed after the back surface electrode is formed.

まず、図4(a)に示すように、炭化珪素半導体基板11にp型不純物領域12、n型ソース領域13、p型不純物領域14、ゲート酸化膜16、ゲート電極17、ソース電極15を形成する。この後、図4(b)に示すように裏面電極22を形成し、続いて図4(c)に示すように層間絶縁膜18を形成する。次に図5(a)(b)に示すようにマスク19を用いて層間絶縁膜18に対しビアホール23を形成する。そして、アルミニウム(Al)を堆積することにより、ビアプラグ24と上部配線形成20を行い、配線電極20を形成する(図5(c))。   First, as shown in FIG. 4A, a p-type impurity region 12, an n-type source region 13, a p-type impurity region 14, a gate oxide film 16, a gate electrode 17, and a source electrode 15 are formed on a silicon carbide semiconductor substrate 11. To do. Thereafter, the back electrode 22 is formed as shown in FIG. 4B, and then the interlayer insulating film 18 is formed as shown in FIG. 4C. Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, a via hole 23 is formed in the interlayer insulating film 18 using a mask 19. Then, by depositing aluminum (Al), the via plug 24 and the upper wiring formation 20 are performed to form the wiring electrode 20 (FIG. 5C).

オーミック電極のソース電極15とドレイン電極22は、例えば、炭化珪素半導体基板上にニッケル(Ni)を形成した後、高温、例えば1000℃程度で熱処理すると、炭化珪素との界面で反応し、シリサイド化することで形成される。   The source electrode 15 and the drain electrode 22 of the ohmic electrode react, for example, at the interface with silicon carbide when silicide is formed when nickel (Ni) is formed on a silicon carbide semiconductor substrate and then heat-treated at a high temperature, for example, about 1000 ° C. It is formed by doing.

また、ビアプラグ領域と上部配線は、導電性、ワイヤーボンティング性、加工性、コスト面で有利となるAlで形成されている。   The via plug region and the upper wiring are made of Al which is advantageous in terms of conductivity, wire bonding, workability, and cost.

しかし、Alを使用した場合、動作時に配線中のAl原子と配線膜を通る電子との相互作用による拡散(エレクトロマイグレーション)が起こり、200℃程度以上でボイドが、また300℃程度以上でヒロックとよばれる微細な突起が発生し、配線間の断線やショートという故障につながる。したがって、SiCパワーデバイスに求められる、動作時の300℃以上の耐熱性を保障することが課題とされており、300℃以上の高耐熱性を実現する手法として、例えば電極とSiC基板の間に拡散阻止層を採用する従来技術が示されている。これによれば、SiC基板にAl配線を有するオーミック電極構造体において、高温下で配線Al素片のAl原子が電極膜素片および加熱反応層を拡散する現象に対し、電極素片または加熱反応層と配線Al素片との間に、Al拡散阻止層を設けることによって高温耐久性が向上するとされている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−111596号公報
However, when Al is used, diffusion (electromigration) occurs due to the interaction between Al atoms in the wiring and electrons passing through the wiring film during operation, and voids occur at about 200 ° C or higher, and hillocks occur at about 300 ° C or higher. A minute protrusion called is generated, which leads to a failure such as disconnection or short circuit between wirings. Therefore, ensuring the heat resistance of 300 ° C or higher during operation, which is required for SiC power devices, is an issue. As a method for realizing high heat resistance of 300 ° C or higher, for example, between an electrode and a SiC substrate. Prior art employing a diffusion blocking layer is shown. According to this, in the ohmic electrode structure having an Al wiring on the SiC substrate, the electrode piece or the heating reaction against the phenomenon that Al atoms of the wiring Al piece diffuse through the electrode film piece and the heating reaction layer at a high temperature. It is said that durability at high temperature is improved by providing an Al diffusion blocking layer between the layer and the wiring Al piece (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-111596 A

しかしながら、上述した裏面電極形成を上部配線形成より前に形成する製造方法では、基板抵抗を低減させることができない。なぜなら、動作時の抵抗低減を図るためには抵抗体となる炭化珪素半導体基板11を薄くする必要があるが、素子形成時に基板が薄いと基板割れや基板の反りによる不具合が生じるからである。この不具合を解決するために、厚い基板の状態で素子形成および上部配線形成を行った後に裏面研磨等によって基板を薄くした後、裏面オーミック電極を形成することが考えられる。SiCのオーミック電極を形成する際は、1000℃程度の高温シンターが必須であるが、上部配線、ビアプラグに融点が660℃程度のAl系材料を用いた場合には、高温シンターに耐えることができないという問題がある。   However, in the manufacturing method in which the back electrode formation described above is formed before the upper wiring formation, the substrate resistance cannot be reduced. This is because, in order to reduce resistance during operation, the silicon carbide semiconductor substrate 11 serving as a resistor needs to be thinned. However, if the substrate is thin during element formation, problems such as substrate cracking and substrate warping occur. In order to solve this problem, it is conceivable to form a backside ohmic electrode after thinning the substrate by backside polishing or the like after element formation and upper wiring formation in a thick substrate state. When forming an ohmic electrode of SiC, a high-temperature sintering of about 1000 ° C is essential, but if an Al-based material with a melting point of about 660 ° C is used for the upper wiring and via plug, it cannot withstand the high-temperature sintering. There is a problem.

また、上記した特許文献1のようなSiC半導体パワーデバイスは、300℃程度の高温動作には対応できるが、上記した今後パワーデバイスに求められるさらなる低抵抗を実現するための基板研磨を含んだプロセスを構成できず、また工程が複雑になるという問題がある。   In addition, the SiC semiconductor power device as described in Patent Document 1 can cope with a high temperature operation of about 300 ° C., but includes a process including substrate polishing for realizing the above-described further low resistance required for the power device in the future. Cannot be constructed, and the process is complicated.

加えて、素子の微細化に向けて、ビアプラグは高アスペクト比が必要となるが、ビアプラグの直径が1μm以下になると、配線材料としてAl材料を用いた場合では、マイグレーションによりできた細い配線部で断線が生じ、コンタクト不良が起こるという課題がある。   In addition, via plugs require high aspect ratios for miniaturization of devices, but when via plugs have a diameter of 1 μm or less, when Al material is used as the wiring material, the thin wiring part formed by migration is used. There is a problem that disconnection occurs and contact failure occurs.

本発明は、上記のような配線およびビアプラグの耐熱性と、高アスペクト比の実現に対する問題点を解決し、オン抵抗の低いパワーデバイスを得ることを目的とする。   An object of the present invention is to provide a power device having a low on-resistance by solving the problems related to the heat resistance of the wiring and via plug and the realization of a high aspect ratio.

上記課題を解決するために、本発明の半導体デバイスにおいては、炭化珪素半導体基板の主面上に第1のオーミック電極と、前記第1のオーミック電極と電気的接続をとるためのビアプラグまたは配線と、裏面に第2のオーミック電極とを備え、前記ビアプラグまたは前記配線が、前記第2のオーミック電極のシンター温度よりも高い融点の材料からなる。これにより、オーミック電極を形成するために必要なシンター温度としたときのビアプラグと配線の劣化を小さくすることが出来るので、オーミック電極形成より前にビアプラグと配線を形成できる。   In order to solve the above problems, in the semiconductor device of the present invention, a first ohmic electrode on a main surface of a silicon carbide semiconductor substrate, and a via plug or wiring for making electrical connection with the first ohmic electrode; And a second ohmic electrode on the back surface, and the via plug or the wiring is made of a material having a melting point higher than a sintering temperature of the second ohmic electrode. As a result, the deterioration of the via plug and the wiring when the sintering temperature necessary for forming the ohmic electrode can be reduced, so that the via plug and the wiring can be formed before the ohmic electrode is formed.

なお、前記炭化珪素半導体基板主面側に、第1導電型の半導体領域と、前記第1導電型半導体領域の内部に第2導電型半導体領域とを形成し、前記第2導電型半導体領域の少なくとも一部に開口を有するように前記炭化珪素半導体基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された第3の電極とを有し、前記第1のオーミック電極が前記第2導電型の半導体領域と接することが好ましい。このような構成を用いることによりMOS-FETなどのSiCパワーデバイスを実現することが出来る。   A first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region are formed inside the first conductivity type semiconductor region on the main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate, and the second conductivity type semiconductor region is formed. An insulating film provided on the silicon carbide semiconductor substrate so as to have at least a part of the opening; and a third electrode formed on the insulating film, wherein the first ohmic electrode is the second ohmic electrode. It is preferable to be in contact with a conductive semiconductor region. By using such a configuration, a SiC power device such as a MOS-FET can be realized.

また、裏面に形成された前記第2のオーミック電極はニッケルを含み、ビアプラグおよび前記配線に用いる材料の融点が前記第2のオーミック電極形成のシンター温度以上であることが好ましい。具体的には1000℃以上であることが好ましい。これにより、前記第2のオーミック電極として高耐熱、低抵抗なニッケルシリサイドを用いることができ、また、前記第2のオーミック電極形成時に必要な温度である1000℃程度の温度においてもビアプラグと配線の劣化を小さくできるため、オーミック電極形成より前にビアプラグと配線を形成できる。   The second ohmic electrode formed on the back surface preferably contains nickel, and the melting point of the material used for the via plug and the wiring is preferably equal to or higher than the sintering temperature for forming the second ohmic electrode. Specifically, it is preferably 1000 ° C. or higher. As a result, nickel silicide having high heat resistance and low resistance can be used as the second ohmic electrode, and the via plug and the wiring can be formed even at a temperature of about 1000 ° C., which is a temperature necessary for forming the second ohmic electrode. Since deterioration can be reduced, a via plug and a wiring can be formed before the ohmic electrode is formed.

なお、第2のオーミック電極形成のシンター温度がさらに低減できる場合には、ビアプラグおよび前記配線に用いる材料の選択範囲が広がり、より低融点な材料も選択可能となる。例えば、第2のオーミック電極形成のシンター温度が800℃より低くできる場合には、ビアプラグおよび前記配線に用いる材料は800℃以上の融点を有する材料から選択してもよい。   When the sintering temperature for forming the second ohmic electrode can be further reduced, the selection range of materials used for the via plug and the wiring is expanded, and a material having a lower melting point can be selected. For example, when the sintering temperature for forming the second ohmic electrode can be lower than 800 ° C., the material used for the via plug and the wiring may be selected from materials having a melting point of 800 ° C. or higher.

さらに、前記ビアプラグまたは前記配線の少なくとも一方が、タングステンまたは銅を主成分とすることが好ましい。ここで、主成分とは、組成含有率が50%より多いことを示している。例えばビアプラグまたは配線がシリコンを含んだタングステンからなる場合、全体の組成に対してタングステンが50%以上含まれる。これにより、オーミック電極を形成するために必要なシンター温度としたときのビアプラグと配線の劣化を小さくすることが出来るので、オーミック電極形成より前にビアプラグと配線を形成でき、低抵抗なビアプラグと配線を実現することができる。また、ビアプラグにタングステンまたは銅を用いた場合は、高アスペクト比にも対応することができ微細化が可能となる。   Furthermore, it is preferable that at least one of the via plug or the wiring is mainly composed of tungsten or copper. Here, the main component indicates that the composition content is more than 50%. For example, when the via plug or the wiring is made of tungsten containing silicon, 50% or more of tungsten is contained with respect to the entire composition. This makes it possible to reduce the degradation of the via plug and wiring when the sintering temperature necessary for forming the ohmic electrode is reached, so that the via plug and wiring can be formed before the ohmic electrode is formed, and the low resistance via plug and wiring are formed. Can be realized. In addition, when tungsten or copper is used for the via plug, it can cope with a high aspect ratio and can be miniaturized.

また、上記課題を解決するために、本発明の半導体デバイスの製造方法においては、炭化珪素半導体基板主面上にビアプラグまたは配線を形成後、裏面側にオーミック電極を形成する。これにより、配線形成後に研磨等により基板を薄くさせた後、オーミック電極を形成することが可能となり、動作時に抵抗体となる基板を薄くできるため抵抗の低減を図ることができる。   In order to solve the above problems, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a via plug or wiring is formed on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate, and then an ohmic electrode is formed on the back surface side. This makes it possible to form an ohmic electrode after the substrate is thinned by polishing or the like after the wiring is formed, and the substrate that becomes a resistor during operation can be thinned, so that the resistance can be reduced.

また、前記炭化珪素半導体基板主面側に、第1導電型の半導体領域と、前記第1導電型半導体領域の内部に第2導電型半導体領域と、前記第2導電型半導体領域の少なくとも一部に開口を有するように前記炭化珪素半導体基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された第3の電極を有し、前記第1の電極が前記第2導電型の半導体領域と接することがこのましい。このような構成を用いることによりMOS-FETなどのSiCパワーデバイスを実現することが出来る。   Further, a first conductive type semiconductor region on the main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate, a second conductive type semiconductor region inside the first conductive type semiconductor region, and at least a part of the second conductive type semiconductor region An insulating film provided on the silicon carbide semiconductor substrate so as to have an opening, and a third electrode formed on the insulating film, wherein the first electrode is a semiconductor region of the second conductivity type. It ’s good to be in contact with. By using such a configuration, a SiC power device such as a MOS-FET can be realized.

さらに、前記炭化珪素半導体基板主面上に前記ビアプラグまたは前記配線を形成後、裏面側から前記炭化珪素半導体基板の一部を除去し、基板を薄く加工することが好ましい。これにより、素子形成時での基板割れや基板の反りによる不具合を回避しながら、動作時に抵抗体となる基板を薄くすることができるので低抵抗化が可能となる。また、前記炭化珪素半導体に前記第のオーミック電極を形成する前に、前記炭化珪素半導体基板を裏面側から薄く加工することが好ましい。これにより、動作時に抵抗体となる基板を薄くすることができる。   Furthermore, it is preferable that after forming the via plug or the wiring on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate, a part of the silicon carbide semiconductor substrate is removed from the back surface side and the substrate is processed thinly. This makes it possible to reduce the resistance because the substrate serving as a resistor during operation can be made thin while avoiding problems due to substrate cracking and substrate warpage during element formation. In addition, it is preferable that the silicon carbide semiconductor substrate is thinly processed from the back side before the first ohmic electrode is formed on the silicon carbide semiconductor. Thereby, the board | substrate used as a resistor at the time of operation | movement can be made thin.

本発明によれば、半導体裏面のオーミック接合電極形成時の熱処理温度よりも高い融点の材料からなるビアプラグまたは配線を、半導体デバイスの表面上に形成することにより、オーミック電極形成より前にビアプラグと配線を形成できるので低抵抗なデバイスが得られる。   According to the present invention, a via plug or a wiring made of a material having a melting point higher than the heat treatment temperature at the time of forming the ohmic junction electrode on the back surface of the semiconductor is formed on the surface of the semiconductor device, so that the via plug and the wiring are formed before the ohmic electrode is formed. Therefore, a low resistance device can be obtained.

また、ビアプラグと配線を形成後に基板研磨を行い裏面電極を形成する方法により、オン抵抗を低減することができる。   Further, the on-resistance can be reduced by a method of polishing the substrate after forming the via plug and the wiring to form the back electrode.

以下、本発明の実施形態(実施例)について説明する。以下には、炭化珪素半導体基板を用いた縦型MOSFETの場合を例にとり、その構造と製造方法について説明する。   Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described. In the following, the structure and manufacturing method of a vertical MOSFET using a silicon carbide semiconductor substrate will be described as an example.

本発明の半導体デバイスの構造は、ビアプラグと上部配線が従来のAlとは異なり、融点が1000℃以上の材料、例えば、タングステンから構成されている。   In the structure of the semiconductor device of the present invention, the via plug and the upper wiring are made of a material having a melting point of 1000 ° C. or higher, for example, tungsten, unlike conventional Al.

以下に、本発明の半導体デバイスの製造方法について説明する。まず、図1(a)に示すように、炭化珪素半導体基板11にp型不純物領域(p型ベース領域)12、n型ソース領域13、p型不純物領域(p+コンタクト層)14、ゲート酸化膜16、ゲート電極17、ソース電極15を形成する。ここまでは、従来技術で述べた構成と同様である。次に、層間絶縁膜18となるSiO2をCVDにより形成する。層間絶縁膜18の厚みは、0.5〜5μmが望ましい。層間絶縁膜の形成方法には、スパッタ法や真空蒸着法などの、CVD以外の薄膜プロセスを用いることも可能である。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this invention is demonstrated. First, as shown in FIG. 1A, a p-type impurity region (p-type base region) 12, an n-type source region 13, a p-type impurity region (p + contact layer) 14, a gate oxide film are formed on a silicon carbide semiconductor substrate 11. 16, a gate electrode 17 and a source electrode 15 are formed. Up to this point, the configuration is the same as that described in the prior art. Next, SiO 2 to be the interlayer insulating film 18 is formed by CVD. The thickness of the interlayer insulating film 18 is desirably 0.5 to 5 μm. As a method for forming the interlayer insulating film, a thin film process other than CVD, such as a sputtering method or a vacuum evaporation method, can be used.

次に、図1(b)(c)に示すように、レジストマスク19等を形成し、CF等のガスを用いて、ドライエッチングを行う。エッチングは、例えば20sccmのCFでパワー500Wにして行う。そして、層間絶縁膜18に対して上記ドライエッチングを行うことにより、例えば直径約1μmの開口を形成する。開口形成後、アセトン等でレジストを除去し、図1(c)のビアホール23が形成される。 Next, as shown in FIGS. 1B and 1C, a resist mask 19 and the like are formed, and dry etching is performed using a gas such as CF 4 . Etching is performed, for example, with 20 sccm of CF 4 and a power of 500 W. Then, by performing the dry etching on the interlayer insulating film 18, for example, an opening having a diameter of about 1 μm is formed. After the opening is formed, the resist is removed with acetone or the like to form the via hole 23 shown in FIG.

続いて図2(a)に示すように、ビアホール23形成後、ビアプラグ25と配線21を形成するために、SiH4とWFの混合ガスまたは、WFとH2の混合ガスなどでタングステン、またはタングステンを含む導電膜をCVD成膜する。これらの膜の形成にはCVD以外のスパッタ等の薄膜プロセスを用いることも可能であり、本発明はCVD成膜によるタングステン膜に限定されるものではない。 Subsequently, as shown in FIG. 2A, after forming the via hole 23, in order to form the via plug 25 and the wiring 21, tungsten, a mixed gas of SiH 4 and WF 6 or a mixed gas of WF 6 and H 2 is used. Alternatively, a conductive film containing tungsten is formed by CVD. These films can be formed by using a thin film process such as sputtering other than CVD, and the present invention is not limited to a tungsten film formed by CVD.

次に図2(b)に示すように、ダイヤモンドスラリー研磨剤等により、SiC基板11の裏面研磨を行う。研磨手段はダイヤモンドを含む研磨剤を用いた研磨の他、ドライエッチング等を用いる事が出来る。   Next, as shown in FIG. 2B, the back surface of the SiC substrate 11 is polished with a diamond slurry abrasive or the like. As the polishing means, dry etching or the like can be used in addition to polishing using an abrasive containing diamond.

最後に、図2(c)に示すように、裏面電極となるオーミック電極22を形成するために、膜厚0.2μmのNiを蒸着により形成する。Ni層の形成後、オーミック接続を確保するために、Arを1000sccm流しながら、1000℃で1分間のシンターを行う。シンターは1000℃程度で実施することでオーミック接続をとることができ、裏面電極の形成にはCVD法、スパッタ法、真空蒸着法をはじめとする各種薄膜プロセスを用いることが出来るほか、メッキ、塗工などの方法からも、適宜条件を選ぶことによって、実施可能である。   Finally, as shown in FIG. 2C, in order to form the ohmic electrode 22 to be the back electrode, Ni having a thickness of 0.2 μm is formed by vapor deposition. After forming the Ni layer, in order to ensure ohmic connection, sintering is performed at 1000 ° C. for 1 minute while flowing Ar at 1000 sccm. Sintering can be performed at about 1000 ° C. to achieve ohmic connection, and the back electrode can be formed by various thin film processes such as CVD, sputtering, and vacuum deposition, as well as plating, coating, It can also be implemented by appropriately selecting conditions from methods such as construction.

上記のような工程を経て製造された本実施形態に係る半導体デバイスにおいては、裏面オーミック電極のシンター温度よりも高融点を有するタングステン系材料をビアプラグ及び配線として選択しているので、シンター工程前後におけるビアプラグ及び配線部分には溶融等の顕著な変化は認められなかった。   In the semiconductor device according to the present embodiment manufactured through the above process, a tungsten-based material having a melting point higher than the sintering temperature of the back ohmic electrode is selected as the via plug and the wiring. No significant change such as melting was observed in the via plug and the wiring portion.

上述した本実施の形態に対する比較例について説明する。以下には、比較例として、炭化珪素半導体基板を用いた縦型MOSFETについて、その製造方法を説明する。   A comparative example for the above-described embodiment will be described. As a comparative example, a method for manufacturing a vertical MOSFET using a silicon carbide semiconductor substrate will be described below.

本比較例に基づくMOSFETの製造工程は、基本的には図1、図2に示される実施形態と同様であるが、配線及びビアプラグとしてタングステンに代えて、アルミニウム(Al)を用いた点が異なる。したがって、層間絶縁膜上にマスク形成し、当該マスクを用いたエッチングによってビアホールを形成し、その後レジストマスクを除去するまでは、上述した実施形態1と同様であり、この工程までは、図1(a)〜(c)と同一である。   The manufacturing process of the MOSFET based on this comparative example is basically the same as the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, except that aluminum (Al) is used instead of tungsten as the wiring and via plug. . Therefore, a process for forming a mask on the interlayer insulating film, forming a via hole by etching using the mask, and thereafter removing the resist mask is the same as that of the first embodiment described above. a) to (c).

本比較例においては、図1(c)の次の工程として、層間絶縁膜18の上下、側方にAlで配線及びビアプラグを形成する。なお、層間絶縁膜18は、CVDによって1.5μmの厚みで形成し、その後、層間絶縁膜18の上にレジストマスク19等を形成して、層間絶縁膜18の厚みである1.5μmのエッチングを行う。この際に用いたドライエッチングは20sccmのCFでパワー500Wにして行い、これにより、ビアホール23を形成する。ビアホール径は1μmとする。 In this comparative example, as the next step of FIG. 1C, wiring and via plugs are formed of Al on the upper and lower sides and the side of the interlayer insulating film 18. The interlayer insulating film 18 is formed by CVD to a thickness of 1.5 μm, and then a resist mask 19 and the like are formed on the interlayer insulating film 18 to etch the interlayer insulating film 18 having a thickness of 1.5 μm. I do. The dry etching used at this time is performed with 20 sccm of CF 4 and a power of 500 W, thereby forming a via hole 23. The via hole diameter is 1 μm.

Al配線は、層間絶縁膜18の上部に蒸着により3μmの厚みで形成する。この際には、同時にビアホール23にもビアプラグが蒸着によってAlで形成される。この配線及びビアプラグの形成は、まず、レジストマスクを施し、燐酸を主成分とする混酸を40℃に加熱してウェットエッチングを行う。その後、350℃で、30分間のシンターを行うことにより、Al配線の密着性を向上させる。   The Al wiring is formed with a thickness of 3 μm on the interlayer insulating film 18 by vapor deposition. At this time, a via plug is also formed of Al in the via hole 23 by vapor deposition. In forming the wiring and via plug, first, a resist mask is applied, and wet etching is performed by heating a mixed acid containing phosphoric acid as a main component to 40.degree. Thereafter, sintering is performed at 350 ° C. for 30 minutes to improve the adhesion of the Al wiring.

次にレジストマスク等を施し、ドライエッチングを行い、配線不要部をエッチング除去する。その後、ダイヤモンドスラリー研磨剤により裏面研磨を行い、基板の厚みが半分になるところまで研磨する。   Next, a resist mask or the like is applied, dry etching is performed, and unnecessary portions of the wiring are removed by etching. Then, backside polishing is performed with a diamond slurry abrasive, and the substrate is polished to a half thickness.

最後に、裏面に膜厚0.2μmのNiを蒸着により形成する。オーミック接続を確保するために、Arを1000sccm流しながら、950℃で1分間のシンターを行う。   Finally, Ni having a film thickness of 0.2 μm is formed on the back surface by vapor deposition. In order to ensure an ohmic connection, sintering is performed at 950 ° C. for 1 minute while flowing Ar at 1000 sccm.

以上の比較例の作製においては、シンターのあと、Al配線は溶け出しており、Al配線が溶出したために半導体デバイスとしては使用不能となる。また、Al配線の溶融を防ぐためには、シンター温度を400℃以下に抑えればよいが、この場合は裏面のオーミック接合が得られず、パワーデバイスのオン抵抗が極端に増加する。   In the production of the comparative example described above, after the sintering, the Al wiring is melted, and the Al wiring is eluted, so that it cannot be used as a semiconductor device. Further, in order to prevent melting of the Al wiring, the sintering temperature may be suppressed to 400 ° C. or lower. However, in this case, the ohmic junction on the back surface cannot be obtained, and the on-resistance of the power device is extremely increased.

以上の実施形態ならびに比較例からわかるように、ビアプラグおよび配線材としてタングステンを用いることにより、従来のアルミニウム配線では不可能であった、高温シンターが可能となる。高温シンターの実現により電極材のシリサイド化合物が形成され、オーミック接続が確保可能となるので、これによって、低抵抗なSiCのオーミック電極を形成することが可能となり、高性能なSiC半導体デバイスが実現できる。また、素子の微細化に伴うビアプラグの高アスペクト化に対してもタングステン材料はアルミ材料に比べてマイグレーションが小さいので微細径のプラグ形成時にも断線が生じにくく、高アスペクト比のビアプラグを得ることが出来、良好なコンタクトが得られる。   As can be seen from the above embodiments and comparative examples, by using tungsten as the via plug and the wiring material, high-temperature sintering, which is impossible with conventional aluminum wiring, is possible. By realizing high-temperature sintering, a silicide compound of the electrode material is formed, and an ohmic connection can be secured. This makes it possible to form a low-resistance SiC ohmic electrode and realize a high-performance SiC semiconductor device. . In addition, even when the aspect ratio of the via plug is increased with the miniaturization of the element, the migration of the tungsten material is smaller than that of the aluminum material, so that disconnection hardly occurs when forming a plug with a small diameter, and a high aspect ratio via plug can be obtained. And good contact is obtained.

また、同様の方法でビアプラグおよび配線材を銅(Cu)を用いてデバイスを作製することも可能である。ビアプラグと配線を形成するために、Cu膜をCVD成膜する。Cu膜の形成にはCVD以外のスパッタ等の薄膜プロセスを用いることも可能であり、本発明はCVD成膜によるCu膜に限定されるものではない。成膜後の基板研磨、裏面電極形成は、タングステンと同様の製造方法にて実現可能である。   It is also possible to manufacture a device using copper (Cu) as a via plug and a wiring material by the same method. In order to form via plugs and wiring, a Cu film is formed by CVD. It is also possible to use a thin film process such as sputtering other than CVD for forming the Cu film, and the present invention is not limited to the Cu film formed by CVD film formation. Substrate polishing and back electrode formation after film formation can be realized by a manufacturing method similar to that for tungsten.

なお、本実施の形態の説明では、ビアプラグと配線の材料がタングステンと銅の成分を100%とした場合について説明したが、これに限らず、これらを主成分として含み、裏面電極のシンター温度よりも融点が高い場合は、同様な効果をもつ。   In the description of the present embodiment, the case where the material of the via plug and the wiring is made of tungsten and copper as 100% has been described. However, the present invention is not limited to this, and includes these as the main components, and from the sintering temperature of the back electrode If the melting point is high, the same effect is obtained.

また、裏面電極の材料がNiの場合について説明したが、これに限らず、炭化珪素に対してオーミック接合が得られる電極材料であれば、本実施形態と同様な効果をもつ。   Moreover, although the case where the material of the back electrode is Ni has been described, the present invention is not limited to this, and any electrode material capable of obtaining an ohmic junction with respect to silicon carbide has the same effect as the present embodiment.

また、本実施の形態では、炭化珪素半導体基板に4H-SiC(0001)基板を用い、Si面を主面とするが、炭化珪素半導体基板は、少なくとも一部に炭化珪素を有する半導体基板であれば、本実施形態と同様な効果をもち、また、主面にC面を用いても本実施形態と同様な効果をもつ。さらには(0001)面に限らず、他の結晶面を主面とする基板であってもよいし、6H-SiCや3C-SiCなどに代表される他のポリタイプであってもよい。   In this embodiment, a 4H—SiC (0001) substrate is used as the silicon carbide semiconductor substrate and the Si surface is the main surface. However, the silicon carbide semiconductor substrate may be a semiconductor substrate having at least a portion of silicon carbide. For example, the same effect as in the present embodiment is obtained, and even if the C surface is used as the main surface, the same effect as in the present embodiment is obtained. Furthermore, the substrate is not limited to the (0001) plane, and may be a substrate having another crystal plane as a main surface, or may be another polytype typified by 6H—SiC or 3C—SiC.

以上のように、本発明の半導体デバイスによれば、配線とビアプラグの耐熱性に対する問題点を解決し、高耐熱でオン抵抗の低い半導体パワーデバイスが実現出来る。   As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the problem with respect to the heat resistance of the wiring and the via plug can be solved, and a semiconductor power device with high heat resistance and low on-resistance can be realized.

本発明の半導体デバイスは、高耐熱動作が可能となり、かつ、オン抵抗を低減することができるので、特に限定はされないが、例えば半導体パワーデバイスに適用することにより、従来より小型でかつエネルギー損失の小さい機器が実現できる。   The semiconductor device of the present invention is capable of high heat resistance operation and can reduce the on-resistance. Therefore, the semiconductor device is not particularly limited. For example, by applying it to a semiconductor power device, the semiconductor device is smaller than conventional and has less energy loss. Small devices can be realized.

本発明の実施形態に係る半導体デバイスの製造工程図Manufacturing process diagram of semiconductor device according to an embodiment of the present invention 本発明の実施形態に係る半導体デバイスの製造工程図Manufacturing process diagram of semiconductor device according to an embodiment of the present invention 従来の半導体デバイスの構造を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the conventional semiconductor device typically 従来の半導体デバイスの製造工程図Manufacturing process diagram of conventional semiconductor devices 従来の半導体デバイスの製造工程図Manufacturing process diagram of conventional semiconductor devices

符号の説明Explanation of symbols

11 炭化珪素半導体基板
12 p型不純物領域(ベース領域)
13 n型不純物領域(ソース領域)
14 p型不純物領域(P+コンタクト層)
15 ソース電極(オーミック電極)
16 ゲート酸化膜
17 ゲート電極
18 層間絶縁膜
19 マスク
20 Al配線
21 タングステン配線
22 ドレイン電極(オーミック電極)
23 ビアホール
24,25 ビアプラグ
11 Silicon carbide semiconductor substrate 12 p-type impurity region (base region)
13 n-type impurity region (source region)
14 p-type impurity region (P + contact layer)
15 Source electrode (ohmic electrode)
16 Gate oxide film 17 Gate electrode 18 Interlayer insulating film 19 Mask 20 Al wiring 21 Tungsten wiring 22 Drain electrode (ohmic electrode)
23 via hole 24, 25 via plug

Claims (7)

炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板の主面上に形成された第1のオーミック電極と、前記第1のオーミック電極と電気的接続をとるためのビアプラグまたは配線と、前記炭化珪素半導体基板の裏面に形成された第2のオーミック電極とを備え、前記ビアプラグまたは前記配線が、前記第2のオーミック電極のシンター温度よりも高い融点の材料からなることを特徴とする半導体デバイス。 A silicon carbide semiconductor substrate; a first ohmic electrode formed on a main surface of the silicon carbide semiconductor substrate; a via plug or a wiring for establishing electrical connection with the first ohmic electrode; and the silicon carbide semiconductor substrate A semiconductor device, wherein the via plug or the wiring is made of a material having a melting point higher than the sintering temperature of the second ohmic electrode. 前記炭化珪素半導体基板の主面側に、第1導電型の半導体領域と、前記第1導電型の半導体領域の内部に第2導電型の半導体領域とを形成し、前記第2導電型の半導体領域の少なくとも一部に開口を有するように前記炭化珪素半導体基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された第3の電極とを有し、前記第1のオーミック電極が前記第2導電型の半導体領域と接する請求項1記載の半導体デバイス。 A first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region inside the first conductivity type semiconductor region are formed on a main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate, and the second conductivity type semiconductor is formed. An insulating film provided on the silicon carbide semiconductor substrate so as to have an opening in at least a part of the region; and a third electrode formed on the insulating film, wherein the first ohmic electrode includes the first ohmic electrode The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is in contact with the semiconductor region of the second conductivity type. 前記第2のオーミック電極は、ニッケルを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the second ohmic electrode includes nickel. 前記ビアプラグまたは前記配線の少なくとも一方が、タングステンまたは銅を主成分とすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体デバイス。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the via plug and the wiring contains tungsten or copper as a main component. 5. 炭化珪素半導体基板の主面上に第1のオーミック電極を形成し、前記第1のオーミック電極と電気的接続をとるためのビアプラグまたは配線を形成する工程Aと、前記炭化珪素半導体基板の裏面にオーミック電極を形成する工程Bとを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 Forming a first ohmic electrode on a main surface of the silicon carbide semiconductor substrate and forming a via plug or wiring for making electrical connection with the first ohmic electrode; and forming a via plug or wiring on the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate. And a step B of forming an ohmic electrode. 前記炭化珪素半導体基板の主面側に、第1導電型の半導体領域と、前記第1導電型の半導体領域の内部に第2導電型の半導体領域とを形成する工程Cと、前記第2導電型の半導体領域の少なくとも一部に開口を有するように絶縁膜を形成する工程Dと、前記絶縁膜上に第3の電極を形成する工程Eとを有し、前記工程Cから工程Eの処理の後に前記工程Bを行う請求項5記載の半導体デバイスの製造方法。 Forming a first conductive type semiconductor region on the main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate and a second conductive type semiconductor region inside the first conductive type semiconductor region; and the second conductive type. A process D for forming an insulating film so as to have an opening in at least a part of the semiconductor region of the mold, and a process E for forming a third electrode on the insulating film. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step B is performed after the step. 前記工程C、工程D、工程Eの後で、かつ工程Bの前に、前記炭化珪素半導体基板の裏面側から基板の一部を除去し、薄く加工することを特徴とする請求項5または6に記載の半導体デバイスの製造方法。 7. A part of the substrate is removed from the back side of the silicon carbide semiconductor substrate after Step C, Step D, Step E and before Step B, and the substrate is thinned. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
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