JP2007059711A - Method for forming field plate structure and semiconductor device - Google Patents

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美紗子 穂永
Makoto Harada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a field plate structure by the one time lithography. <P>SOLUTION: In the method for forming the field plate structure, the field plate structure has an operating layer formed on a main surface of a substrate, an insulating layer formed on the operating layer, and an electrode connected to both the operating layer, and the insulating layer. This method comprises the steps of forming the operating layer on the main surface of the substrate, forming the electric insulating layer on the operating layer, forming a photosensitive heat-shrinkable organic matter layer on the insulating layer, patterning the photosensitive organic matter layer by the lithography, using the patterned organic matter layer as a mask to etch the insulating layer, shrinking the organic matter layer by heating; forming an electrode material layer, and removing the heat-shrunk organic matter layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、工程数が少なく、位置ズレの小さいフィールドプレート構造の形成方法および高耐圧性の半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for forming a field plate structure with a small number of steps and a small positional shift, and to a semiconductor device with high withstand voltage.

SiまたはSiCなどからなる半導体装置においては、耐圧を高めるために、フィールドプレート構造を採用することが多い。半導体装置として、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を例に取り挙げ、フィールドプレート構造を図2に示す。IGBTは、図2に示すように、n型低不純物濃度(n-)の第1半導体領域21、p型高不純物濃度(p+)の第2半導体領域22、p型高不純物濃度(p+)の第3半導体領域23、絶縁層24、エミッタ電極25、コレクタ電極26、pn接合部27からなる。図2に示すように、電極25を絶縁層24の上に重ね合わせる構造をフィールドプレート構造という。 In a semiconductor device made of Si, SiC, or the like, a field plate structure is often employed in order to increase the breakdown voltage. As a semiconductor device, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is taken as an example, and a field plate structure is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the IGBT includes an n-type low impurity concentration (n ) first semiconductor region 21, a p-type high impurity concentration (p + ) second semiconductor region 22, a p-type high impurity concentration (p + ) Third semiconductor region 23, insulating layer 24, emitter electrode 25, collector electrode 26, and pn junction 27. As shown in FIG. 2, the structure in which the electrode 25 is overlaid on the insulating layer 24 is called a field plate structure.

IGBTにおいて、エミッタ電極25とコレクタ電極26との間に逆電圧を加え、エミッタ電極25に加わえる電圧に比べてコレクタ電極26に加わる電圧が正になるようにすると、フィールドプレートで得られる電界により、第1半導体領域21に空乏層が形成され、その結果、第1半導体領域21と第2半導体領域22との接合部分27の電界集中が緩和され、フィールドプレート構造を設けていない場合に比べて耐圧特性を向上させることができる。   In the IGBT, when a reverse voltage is applied between the emitter electrode 25 and the collector electrode 26 so that the voltage applied to the collector electrode 26 becomes positive compared with the voltage applied to the emitter electrode 25, the electric field obtained by the field plate As a result, a depletion layer is formed in the first semiconductor region 21, and as a result, the electric field concentration in the junction portion 27 between the first semiconductor region 21 and the second semiconductor region 22 is alleviated, compared with the case where no field plate structure is provided. Withstand voltage characteristics can be improved.

SiC型IGBTの製造方法を図3に示す(特許文献1と非特許文献1参照)。まず、図3(a)に示すように、n型低不純物濃度(n-)の第1半導体領域31の主表面に、p型不純物をイオン注入してp型高不純物濃度(p+)の第2半導体領域32を形成し、pn接合面37を得る。つぎに、第1半導体領域31の主表面の露出部分の上と、第2半導体領域32の露出表面の全域に酸化タンタルをCVD法によって堆積し、絶縁層34’を形成する。その後、図3(b)に示すように、ドライエッチングにより絶縁層34’の不要な部分を除去し、絶縁膜34を形成する。 A method for manufacturing a SiC IGBT is shown in FIG. 3 (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). First, as shown in FIG. 3A, a p-type impurity is ion-implanted into the main surface of the first semiconductor region 31 having an n-type low impurity concentration (n ) to increase the p-type high impurity concentration (p + ). A second semiconductor region 32 is formed, and a pn junction surface 37 is obtained. Next, tantalum oxide is deposited on the exposed portion of the main surface of the first semiconductor region 31 and on the entire exposed surface of the second semiconductor region 32 by a CVD method to form an insulating layer 34 ′. Thereafter, as shown in FIG. 3B, unnecessary portions of the insulating layer 34 ′ are removed by dry etching, and an insulating film 34 is formed.

つぎに、図3(c)に示すように、第1半導体領域31の主表面の露出部分上と、第2半導体領域32の露出表面上と、絶縁膜34上にAlを蒸着し、Al層35’を形成する。つづいて、図3(d)に示すように、ドライエッチングにより不要な部分を除去し、エミッタ電極35を形成する。その後、図示していないが、コレクタ電極および保護膜を形成すると、SiC型IGBTが得られる。したがって、図3に示す方法によれば、フィールドプレート構造を形成するために、2回のドライエッチング工程が必要である。   Next, as shown in FIG. 3C, Al is vapor-deposited on the exposed portion of the main surface of the first semiconductor region 31, on the exposed surface of the second semiconductor region 32, and on the insulating film 34, and an Al layer is formed. 35 'is formed. Subsequently, as shown in FIG. 3D, unnecessary portions are removed by dry etching, and an emitter electrode 35 is formed. Thereafter, although not shown, when a collector electrode and a protective film are formed, a SiC IGBT is obtained. Therefore, according to the method shown in FIG. 3, two dry etching steps are required to form the field plate structure.

フィールドプレート構造を有する半導体装置の他の例を図4に例示する(特許文献2参照)。この半導体装置は、図4に示すように、n型Si基板41の主表面にp型不純物拡散層42を有し、pn接合部のうち主表面に露出している部分を覆うように、熱SiO2層44aを形成している。また、熱SiO2層44a上にはCVD・SiO2層44bが設けられ、段差部Aが形成されている。さらに、CVD・SiO2層44b上には中間絶縁膜44cが設けられ、段差部Bが形成されている。図4に示すように、電極45は、p型不純物拡散層42の露出部分から、熱SiO2層44a上を通って段差部Aを覆い、さらにCVD・SiO2層44b上を通って段差部Bを覆い、中間絶縁膜44c上に引き出されている。電極45の引出端部直下の酸化膜の厚さが耐圧性に大きく影響するが、この部分の酸化膜44の厚さは、熱SiO2層44a+CVD・SiO2層44b+中間絶縁膜44cの合計の厚さであるから、高耐圧性を示す。また、従来1段の段差が、段差部Aと段差部Bの2段で構成されているため、各段差部を薄くすることができ、電極45が段差部で段切れしにくくなり、電極45を薄くすることができるとともに、半導体装置の表面を平坦化することができるとある。 Another example of a semiconductor device having a field plate structure is illustrated in FIG. 4 (see Patent Document 2). As shown in FIG. 4, this semiconductor device has a p-type impurity diffusion layer 42 on the main surface of an n-type Si substrate 41, and covers the portion of the pn junction that is exposed on the main surface. An SiO 2 layer 44a is formed. Further, a CVD / SiO 2 layer 44b is provided on the thermal SiO 2 layer 44a, and a step A is formed. Further, an intermediate insulating film 44c is provided on the CVD / SiO 2 layer 44b, and a step B is formed. As shown in FIG. 4, the electrode 45 covers the stepped portion A from the exposed portion of the p-type impurity diffusion layer 42 through the thermal SiO 2 layer 44a and further through the CVD / SiO 2 layer 44b. B is covered and is drawn on the intermediate insulating film 44c. The thickness of the oxide film immediately below the lead end portion of the electrode 45 greatly affects the pressure resistance. The thickness of the oxide film 44 in this portion is the sum of the thermal SiO 2 layer 44a + CVD / SiO 2 layer 44b + intermediate insulating film 44c. Since it is a thickness, it exhibits high pressure resistance. In addition, since the conventional one step is composed of two steps of the stepped portion A and the stepped portion B, each stepped portion can be made thin, and the electrode 45 becomes difficult to be cut at the stepped portion. And the surface of the semiconductor device can be planarized.

この半導体装置の製造方法を図5に示す。まず、図5(a)に示すように、n型半導体基板51の主表面にp型不純物拡散層52を形成した後、熱SiO2層を形成し、リソグラフィによりp型不純物拡散層52上を開口して熱SiO2層54aとする。つぎに、図5(b)に示すように、熱SiO2層54a上にCVD法によりSiO2層を形成し、リソグラフィによりパターニングしてCVD・SiO2層54bとし、所定の位置に段差部Aを形成する。つづいて、図5(c)に示すように、p型不純物拡散層52と接触し、段差部Aを覆うように電極材料を蒸着し、パターニングして電極55aとする。つぎに、図5(d)に示すように、熱SiO2層54aとCVD・SiO2層54b上に中間絶縁膜をCVD法により形成した後、リソグラフィによりエッチングし、中間絶縁膜54cとして段差部Bを形成する。最後に、電極材料を蒸着し、パターニングすることにより段差部Bを覆うように電極55を形成すると、図5(e)に示すようなフィールドプレート構造を有する半導体装置が得られる。したがって、図5に示す方法によれば、フィールドプレート構造を形成するために、複数回のリソグラフィが必要となる。
特開平11−297995号公報 特開平1−136366号公報 Q. Wahab et al.,“A 3 kV Schottky barrier diode in 4H-SiC” Appl. Phys. Lett. 72 (4), 26 January 1998 p 445-447
A method of manufacturing this semiconductor device is shown in FIG. First, as shown in FIG. 5A, after forming a p-type impurity diffusion layer 52 on the main surface of an n-type semiconductor substrate 51, a thermal SiO 2 layer is formed and the p-type impurity diffusion layer 52 is formed by lithography. The thermal SiO 2 layer 54a is opened. Next, as shown in FIG. 5B, a SiO 2 layer is formed on the thermal SiO 2 layer 54a by a CVD method and patterned by lithography to form a CVD / SiO 2 layer 54b. Form. Subsequently, as shown in FIG. 5C, an electrode material is deposited so as to be in contact with the p-type impurity diffusion layer 52 and cover the stepped portion A, and patterned to form an electrode 55a. Next, as shown in FIG. 5 (d), an intermediate insulating film is formed on the thermal SiO 2 layer 54a and the CVD / SiO 2 layer 54b by a CVD method, and then etched by lithography to form a stepped portion as an intermediate insulating film 54c. B is formed. Finally, when the electrode 55 is formed so as to cover the stepped portion B by vapor deposition and patterning of an electrode material, a semiconductor device having a field plate structure as shown in FIG. 5E is obtained. Therefore, according to the method shown in FIG. 5, a plurality of lithography steps are required to form the field plate structure.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-299795 Japanese Patent Laid-Open No. 1-136366 Q. Wahab et al., “A 3 kV Schottky barrier diode in 4H-SiC” Appl. Phys. Lett. 72 (4), 26 January 1998 p 445-447

フィールドプレート構造を複数回のリソグラフィにより形成すると、製造工程が煩雑化し、またパターン同士の位置合せにズレが生じやすいため、フィールドプレート幅の制御が困難である。したがって、本発明の課題は、1回のリソグラフィによりフィールドプレート構造を形成できる方法を提供することにある。また、1回のリソグラフィによりフィールドプレート構造を形成することにより、パターン同士の位置を合わせに際してのズレを小さくして、一定幅のフィールドプレート構造を備える半導体装置を提供することにある。   When the field plate structure is formed by lithography a plurality of times, the manufacturing process becomes complicated, and misalignment of the patterns tends to occur, so that it is difficult to control the field plate width. Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of forming a field plate structure by one lithography. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a field plate structure with a constant width by forming a field plate structure by one lithography, thereby reducing a shift in aligning the positions of patterns.

本発明は、基板の主表面に形成される動作層と、動作層上に形成される絶縁層と、動作層および絶縁層の双方に接続する電極とを有するフィールドプレート構造の形成方法であって、基板の主表面に動作層を形成する工程と、動作層上に電気絶縁層を形成する工程と、絶縁層上に感光性の熱収縮性有機物層を形成する工程と、感光性の有機物層をリソグラフィによりパターン化する工程と、パターン化した有機物層をマスクとして絶縁層をエッチングする工程と、有機物層を加熱により収縮させる工程と、電極材料層を形成する工程と、熱収縮した有機物層を除去する工程とを備えることを特徴とする。   The present invention is a method for forming a field plate structure having an operation layer formed on a main surface of a substrate, an insulating layer formed on the operation layer, and an electrode connected to both the operation layer and the insulating layer. A step of forming an operating layer on the main surface of the substrate, a step of forming an electrical insulating layer on the operating layer, a step of forming a photosensitive heat-shrinkable organic layer on the insulating layer, and a photosensitive organic layer A step of patterning by lithography, a step of etching the insulating layer using the patterned organic layer as a mask, a step of shrinking the organic layer by heating, a step of forming an electrode material layer, and a thermally contracted organic layer And a removing step.

動作層は、p型層および/またはn型層とすることができる。有機物層を複数層とし、上の層が感光性を有し、下の層が熱収縮性を有する態様が好ましく、有機物層の加熱工程は、90℃以上の加熱水により実施する態様が好ましい。使用する有機物層として、加熱により基板の面方向に0.2μm以上熱収縮する特性を有するものが好適である。本発明の半導体装置は、かかる方法により形成されたフィールドプレート構造を備えることを特徴とする。   The operating layer can be a p-type layer and / or an n-type layer. An embodiment in which the organic layer is composed of a plurality of layers, the upper layer has photosensitivity, and the lower layer has heat shrinkability is preferable, and the heating step of the organic layer is preferably performed with heated water at 90 ° C. or higher. As the organic layer to be used, those having the property of being thermally contracted by 0.2 μm or more in the surface direction of the substrate by heating are suitable. The semiconductor device of the present invention includes a field plate structure formed by such a method.

1回のリソグラフィによりフィールドプレート構造を形成できるため、工程を簡略化することができ、セルフアライメントによりパターンズレを抑えることができる。また、複数回のリソグラフィが必要な方法に比べて、パターン同士の位置合せが不要となり、フィールドプレート幅を正確に制御することができ、基板表面の汚染を防止できる。   Since the field plate structure can be formed by one lithography, the process can be simplified, and the pattern shift can be suppressed by self-alignment. Further, as compared with a method that requires a plurality of times of lithography, alignment between patterns becomes unnecessary, the field plate width can be accurately controlled, and contamination of the substrate surface can be prevented.

本発明のフィールドプレート構造の形成方法の工程図を図1に例示する。まず、図1(a)に示すように、基板1の主表面に動作層2を形成し、動作層2上に電気絶縁層3を形成し、つづいて絶縁層3上に感光性の熱収縮性有機物層4を形成する。基板1には、一般的なものを使用することができ、たとえば、SiC(4H,6Hなど)またはGaN、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体材料などを用いることができる。一方、絶縁層3にも一般的な材料を使用することができ、SiC基板を用いた場合には、熱酸化法により基板表面にSiO2からなる電気絶縁層を形成することができる。 A process diagram of a method for forming a field plate structure of the present invention is illustrated in FIG. First, as shown in FIG. 1A, an operation layer 2 is formed on the main surface of the substrate 1, an electric insulation layer 3 is formed on the operation layer 2, and then a photosensitive heat shrink is formed on the insulation layer 3. The organic material layer 4 is formed. As the substrate 1, a general material can be used. For example, SiC (4H, 6H, etc.), a wide band gap semiconductor material such as GaN, diamond, or the like can be used. On the other hand, a general material can be used for the insulating layer 3, and when an SiC substrate is used, an electric insulating layer made of SiO 2 can be formed on the surface of the substrate by a thermal oxidation method.

動作層2は、p型層、またはn型層、またはp型層とn型層の複合層とすることができ、たとえば、ショトッキーバリアダイオードまたはpn接合ダイオードなどを形成することができる。ショットキーバリアダイオードにおいては、基板上にショットキー電極を形成する場合、フィールドプレート構造を形成することにより、電極端での電界集中を抑制して耐圧性を向上することができる。また、pn接合ダイオードにおいても、フィールドプレート構造を形成することにより、pn接合部分の電界集中を緩和して耐圧性を向上させることができる。本発明の方法によれば、1回のリソグラフィによりフィールドプレート構造を形成することができるため、作業工程を簡略化し、パターン同士の位置合せがないため、位置合せズレが生じない。   The operation layer 2 can be a p-type layer, an n-type layer, or a composite layer of a p-type layer and an n-type layer. For example, a Schottky barrier diode or a pn junction diode can be formed. In a Schottky barrier diode, when a Schottky electrode is formed on a substrate, by forming a field plate structure, the electric field concentration at the electrode end can be suppressed and the pressure resistance can be improved. Also in the pn junction diode, by forming the field plate structure, the electric field concentration at the pn junction portion can be relaxed and the breakdown voltage can be improved. According to the method of the present invention, since the field plate structure can be formed by one lithography, the operation process is simplified, and there is no alignment between patterns, so that no alignment shift occurs.

感光性の熱収縮性有機物層4は、単一層構造とする場合には、次工程において、リソグラフィによりパターン化できるような感光性を有することが必要であり、かつ沸騰水などにより熱収縮する特性を併せ持つ材料であることが必要である。また、有機物層は最終的には除去されるため、除去し易いように剥離性を有する材料が好ましい。感光性であって、熱収縮性である有機物としては、たとえば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)などのポリメタクリル酸エステルなどのレジストが好適である。なお、熱収縮性を有するとは、90℃〜100℃の加熱水に10分間浸漬したときに、長さ方向で0.01%以上収縮する性質をいう。   In the case where the photosensitive heat-shrinkable organic layer 4 has a single layer structure, it is necessary to have photosensitivity that can be patterned by lithography in the next step, and heat-shrinkable by boiling water or the like. It is necessary that the material has both. In addition, since the organic layer is finally removed, a material having peelability is preferable for easy removal. As the organic substance that is photosensitive and heat-shrinkable, for example, a resist such as polymethacrylate such as polymethyl methacrylate (PMMA) is suitable. The term “having heat shrinkage” refers to a property of shrinking by 0.01% or more in the length direction when immersed in heated water at 90 ° C. to 100 ° C. for 10 minutes.

有機物層4を複数層構造とする場合には、上の層は、感光によりパターン化しやすいように、感光性を有する態様が好ましい。かかる感光性材料としては、上記のレジストのほか、紫外線に感受性を有する化学増幅型樹脂材料、感光性ポリイミド、ポリハロゲン化合物などが好適である。また、下の層は熱収縮によりフィールドプレートを形成する領域を確保するため、熱収縮性を有する態様が好ましい。熱収縮性有機物としては、シリコーンなどが好適である。   When the organic material layer 4 has a multi-layer structure, the upper layer preferably has photosensitivity so that it can be easily patterned by photosensitivity. As such a photosensitive material, in addition to the resist described above, a chemically amplified resin material sensitive to ultraviolet rays, photosensitive polyimide, polyhalogen compounds, and the like are suitable. Moreover, since the lower layer ensures the area | region which forms a field plate by heat shrink, the aspect which has heat shrinkability is preferable. As the heat-shrinkable organic material, silicone or the like is suitable.

つぎに、図1(b)に示すように、有機物層4をリソグラフィによりパターン化し、パターン化した有機物層4aをマスクとして絶縁層3をエッチングする。その後、図1(c)に示すように、有機物層4aを加熱により収縮させて有機物層4bとすると、フィールドプレートを形成する領域Cが得られる。有機物層4aの加熱は、有機物材料により異なるが、90℃以上に加熱した水などの液体、水蒸気などの気体、または加熱したN2、Arなどの不活性ガスなどを適宜選択して実施することができる。たとえば、PMMAなどのレジストを単一の有機物層として用いた場合には、90℃以上の加熱水が好ましく、94℃以上に加熱したものがより好ましく、特に、沸騰水に浸漬処理する態様が好ましい。このように熱収縮により、十分なフィールドプレート領域Cを確保する点から、有機物層4aが、加熱により、基板1の面方向に0.2μm以上収縮する態様が好ましく、0.5μm以上収縮する態様がより好ましい。かかる好ましい態様は、加熱処理時間などにより調整することができる。 Next, as shown in FIG. 1B, the organic layer 4 is patterned by lithography, and the insulating layer 3 is etched using the patterned organic layer 4a as a mask. Thereafter, as shown in FIG. 1C, when the organic layer 4a is contracted by heating to form the organic layer 4b, a region C for forming a field plate is obtained. The heating of the organic layer 4a varies depending on the organic material, and is performed by appropriately selecting a liquid such as water heated to 90 ° C. or higher, a gas such as water vapor, or a heated inert gas such as N 2 or Ar. Can do. For example, when a resist such as PMMA is used as a single organic layer, heated water at 90 ° C. or higher is preferable, heated at 94 ° C. or higher is more preferable, and an embodiment in which immersion treatment is performed in boiling water is particularly preferable. . Thus, from the viewpoint of securing a sufficient field plate region C by heat shrinkage, it is preferable that the organic layer 4a shrinks 0.2 μm or more in the surface direction of the substrate 1 by heating, and 0.5 μm or more shrinks. Is more preferable. Such a preferred embodiment can be adjusted by the heat treatment time or the like.

つづいて、図1(d)に示すように、電極材料層5(5a,5b)を形成し、最後に、リフトオフなどにより、熱収縮した有機物層4bを除去すると、図1(e)に示すようなフィールドプレート構造が得られる。このフィールドプレート構造は、図1(e)に示すように、基板1の主表面に形成される動作層2と、動作層2上に形成される絶縁層3aと、動作層2および絶縁層3aの双方に接続する電極5aとを有し、電極5aを絶縁層3a上に重ね合せた形態を有する。従来、絶縁層開口部の形成用と電極形成用に最低2回のリソグラフィが必要であったが、本発明によれば1回のリソグラフィにより、フィールドプレート構造を形成できる。したがって、作業工程を簡略化でき、パターン同士の位置合せずれもなくなり、フィールドプレートの幅を正確に制御でき、基板表面が汚染されにくい。本発明の半導体装置は、かかる方法により形成されたフィールドプレート構造を備えることを特徴とし、たとえば、高耐圧性を有するショットキーバリアダイオードまたはpn接合ダイオードを提供することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 1D, the electrode material layer 5 (5a, 5b) is formed, and finally, the heat-shrinked organic material layer 4b is removed by lift-off or the like. Such a field plate structure is obtained. As shown in FIG. 1 (e), the field plate structure includes an operating layer 2 formed on the main surface of the substrate 1, an insulating layer 3a formed on the operating layer 2, the operating layer 2 and the insulating layer 3a. The electrode 5a is connected to both of the electrodes, and the electrode 5a is overlaid on the insulating layer 3a. Conventionally, lithography has been required at least twice for forming an insulating layer opening and for forming an electrode. However, according to the present invention, a field plate structure can be formed by one lithography. Therefore, the work process can be simplified, the misalignment between the patterns can be eliminated, the width of the field plate can be accurately controlled, and the substrate surface is hardly contaminated. The semiconductor device of the present invention has a field plate structure formed by such a method, and can provide, for example, a Schottky barrier diode or a pn junction diode having high breakdown voltage.

実施例1
図1に示すように、厚さ400μm、抵抗率0.02Ωcmのn型4H−SiC8°オフ基板1の主表面上に、Nドーピングした(ドーピング濃度7×1015cm-3)n型動作層2(厚さ10μm)をCVDエピタキシャル法により形成した。つぎに、熱酸化法によりエピタキシャル層の表面にSiO2からなる絶縁層3を形成した後、裏面にNi製のオーミック電極を蒸着により形成した(図示していない。)。その後、絶縁層3の表面に感光性の熱収縮性有機物層4としてレジストを形成し(図1(a))、リソグラフィによりパターニングした後、バッファドフッ酸により主表面上の絶縁層3をエッチングした(図1(b))。つづいて、94℃〜100℃の加熱水に10分間浸漬し、熱収縮させた後(図1(c))、Ni電極5を蒸着し(図1(d))、熱収縮した有機物層4bをリフトオフし、1mm×1mmのショットキーバリアダイオードを得た(図1(e))。
Example 1
As shown in FIG. 1, an n-type operation layer doped with N (doping concentration 7 × 10 15 cm −3 ) on the main surface of an n-type 4H—SiC 8 ° off substrate 1 having a thickness of 400 μm and a resistivity of 0.02 Ωcm. 2 (thickness 10 μm) was formed by a CVD epitaxial method. Next, an insulating layer 3 made of SiO 2 was formed on the surface of the epitaxial layer by thermal oxidation, and then an Ni ohmic electrode was formed on the back surface by vapor deposition (not shown). Thereafter, a resist is formed as a photosensitive heat-shrinkable organic material layer 4 on the surface of the insulating layer 3 (FIG. 1A), and after patterning by lithography, the insulating layer 3 on the main surface is etched with buffered hydrofluoric acid ( FIG. 1 (b)). Subsequently, after being immersed in heated water at 94 ° C. to 100 ° C. for 10 minutes and thermally contracted (FIG. 1 (c)), Ni electrode 5 was deposited (FIG. 1 (d)), and the heat-shrinked organic layer 4b. Was lifted off to obtain a 1 mm × 1 mm Schottky barrier diode (FIG. 1E).

得られたショットキーバリアダイオードの電気的特性を測定したところ、順方向特性を表す指標であるn値は1.05と良好な値を示した。また、逆方向特性については、−600V印加時のリーク電流が1×10-8Aと高耐圧性を示した。このショットキー電極5aをSEMで観察すると、Ni製のショットキー電極5aがSiO2からなる絶縁層3a上に幅Wが0.5μmとなるように形成され、フィールドプレート構造を形成していることが確認できた。 When the electrical characteristics of the obtained Schottky barrier diode were measured, the n value, which is an index representing the forward characteristics, was as good as 1.05. As for the reverse characteristics, the leakage current when applying -600 V was 1 × 10 −8 A, indicating a high breakdown voltage. When this Schottky electrode 5a is observed with an SEM, the Ni Schottky electrode 5a is formed on the insulating layer 3a made of SiO 2 so as to have a width W of 0.5 μm, thereby forming a field plate structure. Was confirmed.

比較例1
Ni製のショットキー電極の形成前の加熱処理の代わりに常温の超純水で洗浄した以外は、実施例1と同様にしてショットキーバリアダイオードを得た。得られたショットキーバリアダイオードの電気特性を評価したところ、順方向特性はn値が1.20であり、逆方向特性については−200V印加時のリーク電流が1×10-4Aであり、いずれも特性が悪化していた。このショットキー電極をSEMで観察すると、Ni製のショットキー電極とSiO2層の間に隙間ができており、フィールドプレート構造の形成は確認できなかった。
Comparative Example 1
A Schottky barrier diode was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was washed with ultrapure water at room temperature instead of the heat treatment before the formation of the Ni Schottky electrode. When the electric characteristics of the obtained Schottky barrier diode were evaluated, the forward characteristic had an n value of 1.20, and the reverse characteristic had a leakage current of 1 × 10 −4 A when −200 V was applied, In all cases, the characteristics deteriorated. When this Schottky electrode was observed with an SEM, a gap was formed between the Ni Schottky electrode and the SiO 2 layer, and formation of a field plate structure could not be confirmed.

実施例2
図1に示すように、厚さ400μm、抵抗率0.02Ωcmのn型4H−SiC8°オフ基板1の主表面上に、Nドーピングした(ドーピング濃度7×1015cm-3)n型エピタキシャル層(厚さ10μm)をCVD法により形成した。つぎに、ドーパントとしてAlをイオン注入し(注入量1×1018cm-3)、深さ0.5μmのp型動作層2を形成した。つぎに、熱酸化法によりエピタキシャル層の表面にSiO2からなる絶縁層3を形成した後、裏面にNi製のオーミック電極を蒸着により形成した(図示していない。)。その後、SiO2層の表面に感光性の熱収縮性有機物層4としてレジストを形成し(図1(a))、リソグラフィによりパターニングした後、バッファドフッ酸により主表面上のSiO2層をエッチングした(図1(b))。つづいて、94℃〜100℃の加熱水に10分間浸漬し、熱収縮させた後(図1(c))、Ti/Alからなる電極材料層5を蒸着し(図1(d))、熱収縮した有機物層4bをリフトオフし、1mm×1mmのpnダイオードを得た(図1(e))。
Example 2
As shown in FIG. 1, on the main surface of an n-type 4H—SiC 8 ° off substrate 1 having a thickness of 400 μm and a resistivity of 0.02 Ωcm, an n-type epitaxial layer doped with N (doping concentration 7 × 10 15 cm −3 ) (Thickness 10 μm) was formed by a CVD method. Next, Al was ion-implanted as a dopant (injection amount 1 × 10 18 cm −3 ) to form a p-type operation layer 2 having a depth of 0.5 μm. Next, an insulating layer 3 made of SiO 2 was formed on the surface of the epitaxial layer by thermal oxidation, and then an Ni ohmic electrode was formed on the back surface by vapor deposition (not shown). Thereafter, a resist is formed on the surface of the SiO 2 layer as a photosensitive heat-shrinkable organic layer 4 (FIG. 1 (a)), after patterning by lithography to etch the SiO 2 layer on the main surface by buffered hydrofluoric acid ( FIG. 1 (b)). Subsequently, after being immersed in heated water at 94 ° C. to 100 ° C. for 10 minutes and thermally contracted (FIG. 1 (c)), an electrode material layer 5 made of Ti / Al was deposited (FIG. 1 (d)), The heat-shrinked organic layer 4b was lifted off to obtain a 1 mm × 1 mm pn diode (FIG. 1 (e)).

得られたpnダイオードの電気的特性を測定したところ、逆方向特性については、−600V印加時のリーク電流が1×10-7Aと高耐圧性を示した。また、SEMで観察すると、Ti/Al製の電極がSiO2層上に幅Wが0.5μmとなるように形成され、フィールドプレート構造を形成していることが確認できた。 When the electrical characteristics of the obtained pn diode were measured, the reverse characteristics showed a high withstand voltage of 1 × 10 −7 A when the leak current was −600 V applied. Further, when observed by SEM, it was confirmed that the Ti / Al electrode was formed on the SiO 2 layer so as to have a width W of 0.5 μm, thereby forming a field plate structure.

比較例2
表面のTi/Al電極形成前の加熱処理の代わりに、常温の超純水で洗浄した以外は、実施例2と同様にしてpnダイオードを得た。得られたpnダイオードの電気的特性を評価したところ、逆方向特性については−600V印加時のリーク電流が1×10-4Aであり、加熱処理をした実施例2のダイオードより大きかった。また、SEMで観察したが、フィールドプレート構造は確認できなかった。
Comparative Example 2
A pn diode was obtained in the same manner as in Example 2 except that the surface was washed with ultrapure water at room temperature instead of the heat treatment before forming the Ti / Al electrode on the surface. When the electrical characteristics of the obtained pn diode were evaluated, the reverse current characteristic was 1 × 10 −4 A when −600 V was applied, which was larger than the heat-treated diode of Example 2. Moreover, although observed with SEM, the field plate structure was not confirmed.

実施例3
図1に示すように、厚さ400μm、抵抗率0.02Ωcmのn型4H−SiC8°オフ基板1の主表面上に、Nドーピングした(ドーピング濃度7×1015cm-3)n型動作層2(厚さ10μm)をCVDエピタキシャル法により形成した。つぎに、熱酸化法によりエピタキシャル層の表面にSiO2からなる絶縁層3を形成した後、裏面にNi製のオーミック電極を蒸着により形成した(図示していない。)。その後、SiO2層の表面に感光性の熱収縮性有機物層4としてレジストを形成し(図1(a))、リソグラフィによりパターニングした後、バッファドフッ酸により主表面上のSiO2層をエッチングした(図1(b))。つづいて、94℃〜100℃の加熱水に1分間浸漬し、熱収縮させた後(図1(c))、Niからなる電極材料5を蒸着し(図1(d))、熱収縮した有機物層4bをリフトオフし、1mm×1mmのショットキーバリアダイオードを得た(図1(e))。
Example 3
As shown in FIG. 1, an n-type operation layer doped with N (doping concentration 7 × 10 15 cm −3 ) on the main surface of an n-type 4H—SiC 8 ° off substrate 1 having a thickness of 400 μm and a resistivity of 0.02 Ωcm. 2 (thickness 10 μm) was formed by a CVD epitaxial method. Next, an insulating layer 3 made of SiO 2 was formed on the surface of the epitaxial layer by thermal oxidation, and then an Ni ohmic electrode was formed on the back surface by vapor deposition (not shown). Thereafter, a resist is formed on the surface of the SiO 2 layer as a photosensitive heat-shrinkable organic layer 4 (FIG. 1 (a)), after patterning by lithography to etch the SiO 2 layer on the main surface by buffered hydrofluoric acid ( FIG. 1 (b)). Subsequently, after being immersed in heated water at 94 ° C. to 100 ° C. for 1 minute and thermally contracted (FIG. 1C), the electrode material 5 made of Ni was deposited (FIG. 1D) and thermally contracted. The organic layer 4b was lifted off to obtain a 1 mm × 1 mm Schottky barrier diode (FIG. 1E).

得られたショットキーバリアダイオードの電気的特性を測定したところ、逆方向特性については、−600V印加時のリーク電流が1×10-7Aと高耐圧性を示した。このショットキー電極をSEMで観察すると、Ni製のショットキー電極5aがSiO2からなる絶縁層3a上に幅Wが0.2μmとなるように形成され、フィールドプレート構造を形成していることが確認できた。したがって、同様の加熱水で10分間処理した実施例1の結果と併せて考察すると、フィールドプレート幅を0.2μm→0.5μmと大きくすることにより、−600Vでの逆方向リーク電流が1×10-7A→1×10-8Aと小さくなり、耐圧性がさらに高まることがわかった。 The electrical characteristics of the obtained Schottky barrier diode were measured. As for the reverse characteristics, the leakage current when applying −600 V was 1 × 10 −7 A, indicating a high breakdown voltage. When this Schottky electrode is observed with an SEM, the Schottky electrode 5a made of Ni is formed on the insulating layer 3a made of SiO 2 so as to have a width W of 0.2 μm, thereby forming a field plate structure. It could be confirmed. Therefore, considering together with the result of Example 1 treated with the same heated water for 10 minutes, the reverse leakage current at −600 V is increased by 1 × by increasing the field plate width from 0.2 μm to 0.5 μm. It has been found that the pressure resistance is further increased by decreasing from 10 −7 A → 1 × 10 −8 A.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

高耐圧性を有するショットキーバリアダイオードまたはpn接合ダイオードを提供することができる。   A Schottky barrier diode or a pn junction diode having high withstand voltage can be provided.

本発明のフィールドプレート構造の形成方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the formation method of the field plate structure of this invention. 従来のpn接合型半導体装置におけるフィールドプレート構造を示す図である。It is a figure which shows the field plate structure in the conventional pn junction type semiconductor device. 従来のpn接合型半導体装置におけるフィールドプレート構造の形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of the field plate structure in the conventional pn junction type semiconductor device. 従来のpn接合型半導体装置におけるフィールドプレート構造を示す図である。It is a figure which shows the field plate structure in the conventional pn junction type semiconductor device. 従来のpn接合型半導体装置におけるフィールドプレート構造の形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of the field plate structure in the conventional pn junction type semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、2 動作層、3 絶縁層、4 有機物層、5 電極。   1 substrate, 2 working layers, 3 insulating layers, 4 organic layers, 5 electrodes.

Claims (6)

基板の主表面に形成される動作層と、該動作層上に形成される絶縁層と、前記動作層および前記絶縁層の双方に接続する電極とを有するフィールドプレート構造の形成方法であって、
基板の主表面に動作層を形成する工程と、
前記動作層上に電気絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に感光性の熱収縮性有機物層を形成する工程と、
感光性の前記有機物層をリソグラフィによりパターン化する工程と、
パターン化した有機物層をマスクとして前記絶縁層をエッチングする工程と、
前記有機物層を加熱により収縮させる工程と、
電極材料層を形成する工程と、
熱収縮した前記有機物層を除去する工程と
を備えることを特徴とするフィールドプレート構造の形成方法。
A method for forming a field plate structure comprising an operation layer formed on a main surface of a substrate, an insulating layer formed on the operation layer, and an electrode connected to both the operation layer and the insulating layer,
Forming an operating layer on the main surface of the substrate;
Forming an electrically insulating layer on the working layer;
Forming a photosensitive heat-shrinkable organic material layer on the insulating layer;
Patterning the photosensitive organic layer by lithography;
Etching the insulating layer using the patterned organic layer as a mask;
Shrinking the organic layer by heating;
Forming an electrode material layer;
And a step of removing the heat-shrinked organic material layer.
前記動作層は、p型層および/またはn型層であることを特徴とする請求項1に記載のフィールドプレート構造の形成方法。   2. The method of forming a field plate structure according to claim 1, wherein the operation layer is a p-type layer and / or an n-type layer. 前記有機物層は、複数層からなり、上の層が感光性を有し、下の層が熱収縮性を有することを特徴とする請求項1または2に記載のフィールドプレート構造の形成方法。   3. The method of forming a field plate structure according to claim 1, wherein the organic layer is composed of a plurality of layers, the upper layer has photosensitivity, and the lower layer has heat shrinkability. 有機物層の前記加熱工程は、90℃以上の加熱水により実施することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフィールドプレート構造の形成方法。   The method for forming a field plate structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating step of the organic layer is performed with heated water of 90 ° C or higher. 前記有機物層は、加熱により基板の面方向に0.2μm以上熱収縮することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のフィールドプレート構造の形成方法。   5. The method of forming a field plate structure according to claim 1, wherein the organic material layer is thermally shrunk by 0.2 μm or more in a surface direction of the substrate by heating. 請求項1〜5のいずれかに記載の方法により形成されたフィールドプレート構造を備えることを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device comprising a field plate structure formed by the method according to claim 1.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009028410A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Schottky barrier diode
JP2009054640A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology High-output diamond semiconductor element
JP2009081393A (en) * 2007-09-27 2009-04-16 National Institute Of Advanced Industrial & Technology High-output diamond semiconductor element
JP2009200110A (en) * 2008-02-19 2009-09-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond electronic element, and manufacturing method of diamond electronic element
JP2012169539A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Mitsubishi Electric Corp Manufacturing method of semiconductor device
JP2017011060A (en) * 2015-06-19 2017-01-12 住友電気工業株式会社 Schottky barrier diode
JP2020145483A (en) * 2008-12-25 2020-09-10 ローム株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US11152501B2 (en) 2008-12-25 2021-10-19 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009054640A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology High-output diamond semiconductor element
US8581359B2 (en) 2007-08-31 2013-11-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Schottky barrier diode
WO2009028410A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Schottky barrier diode
JP2009081393A (en) * 2007-09-27 2009-04-16 National Institute Of Advanced Industrial & Technology High-output diamond semiconductor element
JP2009200110A (en) * 2008-02-19 2009-09-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond electronic element, and manufacturing method of diamond electronic element
US11152501B2 (en) 2008-12-25 2021-10-19 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
JP2020145483A (en) * 2008-12-25 2020-09-10 ローム株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP7054403B2 (en) 2008-12-25 2022-04-13 ローム株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US11804545B2 (en) 2008-12-25 2023-10-31 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
JP7381643B2 (en) 2008-12-25 2023-11-15 ローム株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
DE102011090172B4 (en) * 2011-02-16 2017-12-21 Mitsubishi Electric Corporation Method for producing a semiconductor device
JP2012169539A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Mitsubishi Electric Corp Manufacturing method of semiconductor device
JP2017011060A (en) * 2015-06-19 2017-01-12 住友電気工業株式会社 Schottky barrier diode

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