JP2007184571A - Silicon cardide semiconductor device, method of manufacturing same, junction between transition metal silicide and metal film therein, and method of manufacturing junction between transition metal silicide and metal film therein - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は炭化珪素半導体装置、炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体及び炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, a joined body of a transition metal silicide and a metal film in the silicon carbide semiconductor device, and a joined body of a transition metal silicide and a metal film in the silicon carbide semiconductor device. It relates to a manufacturing method.
半導体炭化珪素(SiC)は、高い降服電界や高い飽和電子速度、高い熱伝導率、高い耐熱性、高い化学的安定性、強靭な機械的強度などの優れた諸物性を備えるとともに、pn接合の形成が可能で、熱酸化シリコン膜を成長させることもできる。このため、Siでは達成できない超低損失パワーデバイスや高周波電力増幅素子、高温動作スイッチング素子などを実現させる半導体材料として古くから期待され、基礎研究が継続的に行われてきた。最近になって、大口径の比較的高品質な単結晶基板が市販されるようになったのを契機に、半導体産業界において、これら各SiC電子デバイス及びその製造技術の開発が精力的に進められようになった(たとえば、下記特許文献1参照)。
Semiconductor silicon carbide (SiC) has excellent physical properties such as a high breakdown electric field, a high saturation electron velocity, high thermal conductivity, high heat resistance, high chemical stability, tough mechanical strength, and a pn junction. It can be formed and a thermally oxidized silicon film can be grown. For this reason, it has long been expected as a semiconductor material that realizes an ultra-low loss power device, a high-frequency power amplification element, a high-temperature operation switching element, and the like that cannot be achieved with Si, and basic research has been continuously performed. Recently, the development of each of these SiC electronic devices and their manufacturing technology has been vigorously promoted in the semiconductor industry, as a large-diameter, relatively high-quality single crystal substrate has become commercially available. (See, for example,
上記SiC電子デバイスの製造工程においては、最低1個のオーミックコンタクトの形成が必要である。そのようなオーミックコンタクトを形成する従来技術として、たとえば、オーミックコンタクト部位にシリサイド電極を形成し、その上に上部導体膜を形成して、オーミックコンタクトを完成させる方法が行われている。 In the manufacturing process of the SiC electronic device, it is necessary to form at least one ohmic contact. As a conventional technique for forming such an ohmic contact, for example, a method of forming an ohmic contact by forming a silicide electrode at an ohmic contact portion and forming an upper conductor film thereon is performed.
そのオーミックコンタクトの形成方法について順を追って説明する。炭化珪素基板上に例えばNiからなるコンタクト母材をEB蒸着等により、形成する。次にこの炭化珪素基板を、例えば不活性雰囲気中で1000℃2分の高温熱処理を行う。これにより、炭化珪素基板とコンタクト母材膜が反応し、シリサイド電極を生じる。この反応により、オーミック性を得ることが出来る。コンタクト母材として、Niを例とする遷移金属を用いれば、遷移金属シリサイドが形成される。
その後、この上に実装用電極を形成する。実装用電極は、半導体を例えば回路基板に半田付けする時の半田濡れ性を改善するために設けられたり、ワイヤボンディングの接続性を改善するために設けられる。例えば、Ti/Ni/Ag積層膜が用いられる。この場合、コンタクト母材として、Niを例とする遷移金属を用いれば、遷移金属シリサイドと金属膜との複合体が形成される。
Thereafter, a mounting electrode is formed thereon. The mounting electrode is provided to improve solder wettability when soldering a semiconductor to a circuit board, for example, or to improve wire bonding connectivity. For example, a Ti / Ni / Ag laminated film is used. In this case, if a transition metal such as Ni is used as the contact base material, a composite of a transition metal silicide and a metal film is formed.
しかしながら、上記従来技術には、コンタクト構造形成後に、上部導体膜が突然剥離して、デバイスの歩留まりを低下させたり、デバイス完成後に故障を起こさせたりするという問題があった。さらに、この問題は、コンタクトがオーミックでない場合にも起こるものである。 However, the above prior art has a problem that the upper conductor film is suddenly peeled off after the contact structure is formed, thereby reducing the yield of the device or causing a failure after the device is completed. Furthermore, this problem also occurs when the contact is not ohmic.
この原因として、オーミックコンタクト形成時の熱処理による次の反応が問題視されている。
Ni+2SiC→NiSi2+2C (コンタクト母材がNiの場合)
Niが炭化珪素のSiと反応してNiのシリサイドが生じると同時に、SiCの構成元素である炭素が副生成物として生じる。この生じた炭素が金属との密着性が悪いために、上部導体膜の密着性を悪くしていると考えられている。この炭素の分布を調べるために、急速加熱処理した後の状態のシリサイド電極(コンタクト母材として、Niを炭化珪素基板に100nm蒸着)の表面にAES分析を行い、深さ方向の元素分布を調べた。その結果を図14に示す。横軸はSiO2スパッタリングレートを用いてスパッタ時間から深さへの換算を行った距離であり、縦軸はそれぞれの元素の存在割合である。最初は表面のみに存在していたコンタクト母材(Ni)は基板側へ500nm程度の深さまで存在割合を減らしながら拡散している。Siは500nm程度の深さから表面へ向かって徐々に存在割合を減らしながら分布している。炭素は250nm程度の深さから表面へ向かって徐々に存在割合を減らし、深さ100nm付近(図14の101部)で一旦存在割合を高め、その後、40nm程度の深さまで存在割合を減少させているが、表面はほとんど炭素で覆われている。このように、シリサイド電極の表面と内部で炭素が濃化している部分(炭素濃化部)があることが分かった。この状態で上部導体膜を付けた場合の構造を図13に示す。上部電極膜をつける際には、このシリサイド表面に析出したグラファイトの密着性が悪いために、すぐに剥がれを生じていた。さらに、シリサイド中の炭素濃化部における炭素は半導体素子の長期使用等に凝集・析出が進み、より剥がれが生じやすい状況にしていた。
As a cause of this, the following reaction due to the heat treatment at the time of forming the ohmic contact is regarded as a problem.
Ni + 2SiC → NiSi 2 + 2C (when the contact base material is Ni)
Ni reacts with Si of silicon carbide to produce Ni silicide, and at the same time, carbon, which is a constituent element of SiC, is produced as a byproduct. The generated carbon is considered to deteriorate the adhesion of the upper conductor film because the adhesion to the metal is poor. In order to investigate the carbon distribution, AES analysis is performed on the surface of the silicide electrode (Ni is deposited on a silicon carbide substrate with a thickness of 100 nm as a contact base material) after the rapid heat treatment, and the element distribution in the depth direction is examined. It was. The result is shown in FIG. The horizontal axis represents the distance converted from sputtering time to depth using the SiO 2 sputtering rate, and the vertical axis represents the presence ratio of each element. Initially, the contact base material (Ni) existing only on the surface diffuses to the substrate side while reducing the existence ratio to a depth of about 500 nm. Si is distributed while gradually decreasing the existence ratio from the depth of about 500 nm toward the surface. Carbon gradually decreases from a depth of about 250 nm toward the surface, and once increases at a depth of about 100 nm (101 part in FIG. 14), then the abundance is decreased to a depth of about 40 nm. The surface is almost covered with carbon. Thus, it has been found that there is a portion (carbon enriched portion) where carbon is concentrated on the surface and inside of the silicide electrode. FIG. 13 shows the structure when the upper conductor film is attached in this state. When the upper electrode film was formed, the graphite deposited on the silicide surface was poor in adhesion, so that peeling occurred immediately. Further, the carbon in the carbon enriched portion in the silicide has been agglomerated and precipitated due to the long-term use of the semiconductor element, and has been in a state where it is more likely to be peeled off.
例えば、特開2003−243323号公報による方法では、炭化珪素基板上へコンタクト母材であるNiを蒸着して、高温熱処理する。その後、シリサイド表面に生じたNi酸化物を緩衝フッ酸により除去する。さらに、高温処理中に生じたグラファイトやNi炭化物をO2プラズマエッチングやアルゴンイオンミリングにより、除去する。O2プラズマエッチングを行った際にはごく表面に金属酸化膜が形成される。この金属酸化物を除去するため、不活性ガスプラズマにさらしたり、イオンミリング、希釈したフッ酸などによるウェットエッチ等を行い、除去する。この上にTi膜、Au膜からなる上部電極膜を作製して完成する。 For example, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-243323, Ni as a contact base material is vapor-deposited on a silicon carbide substrate and subjected to high-temperature heat treatment. Thereafter, Ni oxide generated on the silicide surface is removed with buffered hydrofluoric acid. Further, graphite and Ni carbide generated during the high temperature treatment are removed by O 2 plasma etching or argon ion milling. When O 2 plasma etching is performed, a metal oxide film is formed on the very surface. In order to remove the metal oxide, the metal oxide is removed by exposure to an inert gas plasma, ion milling, wet etching using diluted hydrofluoric acid, or the like. An upper electrode film made of a Ti film and an Au film is formed on this and completed.
しかし、この方法では、シリサイド表面のグラファイトやNi炭化物は除去できるものの、シリサイド電極中の炭素濃化部を取り除くことは出来ない。なぜならば、O2プラズマエッチングを行っている際の炭化珪素基板の温度では炭素の拡散が起こらないため、シリサイド電極中の炭素はそのままシリサイド電極内にとどまってしまうからである。そのため、上部電極膜はつけてすぐの状態では剥がれを起こさないものの、半導体素子の長期使用等において、残留している炭素が凝集・析出を起こし、剥がれを生じてしまう。 However, this method can remove graphite and Ni carbide on the silicide surface, but cannot remove the carbon-enriched portion in the silicide electrode. This is because carbon does not diffuse at the temperature of the silicon carbide substrate during the O 2 plasma etching, so that carbon in the silicide electrode remains in the silicide electrode as it is. For this reason, the upper electrode film does not peel off immediately after it is attached, but the remaining carbon agglomerates and precipitates during long-term use of the semiconductor element, resulting in peeling.
また、例えば、特開2006−24880号公報による方法では、炭化珪素基板上へコンタクト母材であるNiを蒸着して、高温熱処理する工程までは特許文献2と同じである。その後、化学エッチング(例えば硫過水等)を用いてシリサイド電極の一部の除去を行う。この上にNi膜、Au膜からなる上部電極膜を作製して完成する。 Further, for example, in the method according to Japanese Patent Laid-Open No. 2006-24880, the process up to the step of depositing Ni as a contact base material on a silicon carbide substrate and performing a high temperature heat treatment is the same as that in Patent Document 2. Thereafter, a part of the silicide electrode is removed using chemical etching (for example, hydrogen peroxide). An upper electrode film made of a Ni film and an Au film is formed on this and completed.
しかし、この方法では、高温熱処理によるシリサイド形成後の表面にはグラファイト膜を生じているので、その後に化学エッチングを行おうとしても、このグラファイト膜がエッチング液がシリサイド中に入っていくのを阻止してしまうため、エッチングは困難となる。 However, in this method, a graphite film is formed on the surface after silicide formation by high-temperature heat treatment, so even if chemical etching is performed after that, this graphite film prevents the etchant from entering the silicide. Therefore, etching becomes difficult.
また、高温熱処理後のシリサイド電極は、表面までシリサイド化されており、シリサイド自体が酸でエッチングするのが困難であるということから、その中にある炭素濃化部を除去するのも困難となる。 Further, since the silicide electrode after the high-temperature heat treatment is silicided to the surface, it is difficult to remove the carbon-enriched portion in the silicide itself because the silicide itself is difficult to etch with an acid. .
もし、エッチングにより、シリサイド電極の表面の炭素を取り除いたとしても、シリサイド内部の炭素濃化部は半導体素子の長期使用等において、炭素の凝集・析出を起こし、グラファイトとみられる析出物44を生じ、上部電極膜の剥がれを生じてしまう。 Even if the carbon on the surface of the silicide electrode is removed by etching, the carbon-enriched portion inside the silicide causes agglomeration / precipitation of carbon in a long-term use of the semiconductor element, and produces a precipitate 44 that is seen as graphite. The upper electrode film peels off.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、シリサイド電極に被着させた上部導体膜の剥離を起こさない炭化珪素半導体装置、炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体及び炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved by the present invention is that of a silicon carbide semiconductor device and a silicon carbide semiconductor device that do not cause peeling of an upper conductor film deposited on a silicide electrode. An object of the present invention is to provide a manufacturing method, a bonded body of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device, and a manufacturing method of a bonded body of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device.
上記課題を解決するために、本発明においては、前記シリサイド電極の炭素含有量が、モル数で比較して、該電極の珪素含有量よりも少ないことを特徴とする炭化珪素半導体装置を構成する。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a silicon carbide semiconductor device is characterized in that the carbon content of the silicide electrode is smaller than the silicon content of the electrode in terms of the number of moles. .
シリサイド電極を低炭素含有のシリサイド電極とし、上部導体膜の剥離の原因となる析出炭素の生成を排除することによって、シリサイド電極に被着させた上部導体膜の剥離を起こさない炭化珪素半導体装置、炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体及び炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体の製造方法を提供することが可能となる。 A silicon carbide semiconductor device that does not cause peeling of the upper conductor film deposited on the silicide electrode by eliminating the generation of precipitated carbon that causes peeling of the upper conductor film, using the silicide electrode as a low-carbon-containing silicide electrode, It is possible to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, a joined body of a transition metal silicide and a metal film in the silicon carbide semiconductor device, and a joined body of a transition metal silicide and a metal film in the silicon carbide semiconductor device. It becomes.
本願発明者は、上記問題を解決するため、言い換えると、本願発明をなすために、まず、不良原因の徹底究明を行った。 In order to solve the above problem, in other words, in order to achieve the present invention, the inventor of the present application first conducted a thorough investigation of the cause of defects.
はじめに、剥離する場所の特定を行った。図13は、その際に用いた構造体であり、従来技術によって製造され、不良原因を内在させている、オーミックコンタクトの要部断面図を示したものである。図において、1はn型SiC基板であり、その上(図においては下)にシリサイド電極41が、コンタクト母材と炭化珪素基板と固相反応(コンタクトアニールと呼ばれる加熱工程によって起こる)によって形成され、さらにその上に上部導体膜3が形成されている。
First, the place to peel was identified. FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of an ohmic contact which is a structure used at that time and is manufactured by a conventional technique and has a cause of failure. In the figure,
多数の不良をつぶさに観察した結果、剥離した場所は、図13の断面構造に示すように、上部導体膜3とシリサイド電極41との界面(電極−導体界面42)か、シリサイド電極41の内部(シリサイド内部43)のいずれかであることが判明した。電極−導体界面42での剥離が全不良のおよそ80%と相対的に多く、残りがシリサイド内部43での剥離であった。 As a result of observing a number of defects in detail, as shown in the cross-sectional structure of FIG. It was found to be one of the silicide interiors 43). Peeling at the electrode-conductor interface 42 was relatively large, approximately 80% of all defects, and the rest was peeling in the silicide interior 43.
物理分析してみると、グラファイト(C)とみられる析出物44が剥離面(42及び43)から大量に検出された。一方、2次イオン質量分析法(SIMS)でシリサイド電極41内部の炭素濃度を比較したところ、剥離不良を起こした試験品の剥離面より下の部分の炭素濃度は、意外なことに、非剥離品の炭素濃度より一桁以上低いことが分かった。
As a result of physical analysis, a large amount of precipitates 44, which appear to be graphite (C), were detected from the peeled surfaces (42 and 43). On the other hand, when the carbon concentration inside the
冶金学的知見によれば、SiCと接したNiやCoなどのコンタクト母材は、高温加熱で
Ni+2SiC → NiSi2+2C (コンタクト母材:Ni)
のように固相反応し、容易にシリサイドを形成する一方で、炭化物は形成しないことが知られている。
According to metallurgical knowledge, contact base materials such as Ni and Co that are in contact with SiC are heated at a high temperature by Ni + 2SiC → NiSi 2 + 2C (contact base material: Ni)
It is known that a solid-phase reaction as described above easily forms silicide, but does not form carbide.
以上の事実と考察から、剥離不良は次のような発生メカニズムに基づいて起こると推察される。 From the above facts and consideration, it is inferred that the peeling failure occurs based on the following generation mechanism.
上記の固相反応(コンタクトアニール)で生成した炭素(C)は、不安定な過飽和状態あるいは微析出体として、シリサイド電極41の内部全体に分散して存在する。上部導体膜3を積層した後に、何らかの刺激を受けると、これが一気に排出され、電極−導体界面42やシリサイド内部43に、グラファイトとみられる析出物44として層状に凝集(析出)する。析出物44は、脆く、付着性の乏しい材料であるので、わずかな応力が作用すると容易に破断し、上部導体膜3を剥落させる。
Carbon (C) generated by the above solid-phase reaction (contact annealing) is dispersed throughout the
この解析結果を基にして本願発明者は、次のような推論を行った。「シリサイド電極に分散している過剰な炭素を、上部導体膜を形成する前に、グラファイトとみられる析出物として意図的に排出させ、除去することができれば、上部電極の剥離を抑止することができるであろう」。さまざまな検討を行った結果、過剰な炭素を排出する方法とグラファイトとみられる析出物を除去する方法を幾つか見出すとともに、同方法を適用することで、推論通りの効果が得られることを確認した。 Based on this analysis result, the present inventor made the following inference. “If the excess carbon dispersed in the silicide electrode can be intentionally discharged and removed as a precipitate that appears as graphite before the upper conductor film is formed, the upper electrode can be prevented from peeling off. Will". As a result of various investigations, we found several methods for exhausting excess carbon and methods for removing precipitates that appear to be graphite, and it was confirmed that applying this method would achieve the effect as inferred. .
本発明はこのようにして完成した。 The present invention was thus completed.
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明に係る炭化珪素半導体装置の特徴は、炭化珪素基板にコンタクト母材を被着させ前記炭化珪素基板と固相反応させて形成したシリサイド電極と、前記シリサイド電極上に被着させた上部導体膜とを有する炭化珪素半導体装置において、前記シリサイド電極が、珪素の量よりも、モル数で比較して、少ない量の炭素を含有する炭素低含有シリサイド電極であることにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and the silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that a contact base material is deposited on a silicon carbide substrate and the silicon carbide substrate and the solid phase. In a silicon carbide semiconductor device having a silicide electrode formed by reaction and an upper conductor film deposited on the silicide electrode, the amount of the silicide electrode is smaller than the amount of silicon compared to the number of moles. This is to be a low-carbon silicide electrode containing a large amount of carbon.
上記の反応式から明らかなように、この反応(コンタクトアニール)によって生成する炭素のモル数はシリサイド中の珪素のモル数に等しいので、本発明においては、たとえば、生成した炭素の少なくとも一部を前記シリサイド電極外部に析出させ除去してなる、珪素の量よりも、モル数で比較して、少ない量の炭素を含有する炭素低含有シリサイド電極を構成要素とする炭化珪素半導体装置を構成する。 As apparent from the above reaction formula, the number of moles of carbon generated by this reaction (contact annealing) is equal to the number of moles of silicon in the silicide. Therefore, in the present invention, for example, at least a part of the generated carbon is reduced. A silicon carbide semiconductor device having a low carbon content silicide electrode containing a smaller amount of carbon than the amount of silicon deposited and removed outside the silicide electrode as a constituent element is configured.
さらに、本発明は、上記従来技術の問題点をより効果的に解決するために、前記炭素低含有シリサイド電極の炭素含有量を、モル数で表して、該電極の珪素含有量の1/5以下、望ましくは1/10以下とすることを要旨の1つとしている。 Furthermore, in order to more effectively solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention represents the carbon content of the low-carbon silicide electrode in terms of moles and is 1/5 of the silicon content of the electrode. Hereinafter, one of the gist is desirably 1/10 or less.
また、本発明は、炭化珪素基板にコンタクト母材を被着させる工程と、前記コンタクト母材を被着させた炭化珪素基板を加熱し、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によってシリサイド電極を形成する工程であるコンタクトアニール工程と、前記コンタクトアニール工程によって生成した炭素の少なくとも一部を前記シリサイド電極の表面に析出させる工程である表面析出工程と、前記表面析出工程によって前記シリサイド電極表面に析出した炭素である析出炭素を除去する工程である析出炭素除去工程と、前記析出炭素除去工程後、前記表面析出工程によって炭素低含有シリサイド電極となっている前記シリサイド電極の表面に上部導体膜を被着させる工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法を構成する。 The present invention also includes a step of depositing a contact base material on a silicon carbide substrate, heating the silicon carbide substrate on which the contact base material is deposited, and a solid phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate. A contact annealing step that is a step of forming a silicide electrode by: a surface precipitation step that is a step of precipitating at least a part of carbon generated by the contact annealing step on the surface of the silicide electrode; and the silicide by the surface precipitation step. A deposited carbon removing step which is a step of removing deposited carbon which is carbon deposited on the electrode surface; and after the deposited carbon removing step, an upper portion on the surface of the silicide electrode which has become a low carbon content silicide electrode by the surface deposition step. A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: depositing a conductor film. It is formed.
以下の説明においては、上記「析出炭素」がグラファイトを主成分とするものであると考え、上記「析出炭素」を単に「グラファイト」と呼ぶ。 In the following description, the “precipitated carbon” is considered to be mainly composed of graphite, and the “precipitated carbon” is simply referred to as “graphite”.
さらに、本発明においては、上記表面析出処理が、100℃以上600℃以下の温度において、非酸化性ガス雰囲気中で実施されることを要旨の1つとなっている。 Furthermore, in the present invention, it is one of the gist that the surface precipitation treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere at a temperature of 100 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
さらに、本発明は、非酸化性ガス雰囲気での熱処理で構成される上記表面析出処理を効果的に実施するために、水素またはヘリウムを添加した非酸化性ガス雰囲気を用いることを要旨の1つとしている。 Furthermore, one of the gist of the present invention is to use a non-oxidizing gas atmosphere to which hydrogen or helium is added in order to effectively carry out the surface precipitation treatment constituted by the heat treatment in the non-oxidizing gas atmosphere. It is said.
また、本発明は、非酸化性ガス雰囲気での熱処理で構成される上記表面析出処理を効果的に実施するために、同熱処理中に処理温度を断続的に上げ下げすることを要旨の1つとしている。 In addition, in order to effectively carry out the surface precipitation treatment constituted by the heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere, the present invention has a gist of raising and lowering the treatment temperature intermittently during the heat treatment. Yes.
また、本発明は、非酸化性ガス雰囲気での熱処理で構成される上記表面析出処理を効果的に実施するために、同熱処理中に基板に超音波振動を加えることを要旨の1つとしている。 The gist of the present invention is to apply ultrasonic vibration to the substrate during the heat treatment in order to effectively carry out the surface precipitation treatment constituted by the heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere. .
また、本発明においては、上記グラファイト除去処理が、液体で湿らせた繊維集合体、たとえば、純水で湿らせた化学繊維布で、シリサイド電極表面のグラファイトを機械的に擦り取ることによって実施されることを要旨の1つとなっている。 In the present invention, the graphite removal treatment is performed by mechanically scraping the graphite on the surface of the silicide electrode with a fiber assembly moistened with a liquid, for example, a chemical fiber cloth moistened with pure water. It is one of the gist.
また、本発明においては、上記グラファイト除去処理が、電極表面のグラファイトを薬液で除去することによって実施されることを要旨の1つとなっている。 In addition, in the present invention, it is one of the gist that the graphite removal treatment is performed by removing graphite on the electrode surface with a chemical solution.
また、本発明においては、前記グラファイト除去処理に使用される薬液が、フッ化アンモニウム水溶液、緩衝フッ酸溶液、硝酸添加燐酸酢酸混合液、フォトレジストの剥離液の中から選ばれた1つであることを要旨の1つとなっている。 In the present invention, the chemical solution used for the graphite removal treatment is one selected from an ammonium fluoride aqueous solution, a buffered hydrofluoric acid solution, a nitric acid-added phosphoric acid-acetic acid mixed solution, and a photoresist stripping solution. This is one of the gist.
また、本発明においては、上記グラファイト除去処理が、気相中の活性酸素、たとえば酸素プラズマ中の活性酸素でグラファイトを酸化することによって実施されることを要旨の1つとなっている。 Further, in the present invention, it is one of the gist that the graphite removal treatment is performed by oxidizing graphite with active oxygen in the gas phase, for example, active oxygen in oxygen plasma.
本発明に係る炭化珪素半導体装置の構成では、上部導体膜を載置したシリサイド電極は、剥離の要因となりうる過剰量の炭素を実質上含まないので、上部導体膜を形成した後、たとえ、なんらかの刺激を受けたとしても、グラファイトの析出は起こらない。グラファイトの析出が起こらないから、必然的に、上部導体膜の剥離も起こらない。すなわち、本発明の実施の形態はおいては、「上部導体膜が突然剥離して、デバイスの歩留まりを低下させたり、デバイス完成後に故障を起こさせたりする」という問題を解決することができる、と言うことができる。 In the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, since the silicide electrode on which the upper conductor film is placed does not substantially contain an excessive amount of carbon that can cause peeling, even after forming the upper conductor film, Even when stimulated, no graphite deposition occurs. Since the graphite does not precipitate, the upper conductor film does not peel off. In other words, in the embodiment of the present invention, it is possible to solve the problem that “the upper conductor film is suddenly peeled off to lower the device yield or cause a failure after the device is completed”. I can say that.
このような構成を可能にしたのは、上部導体膜を形成する前に、シリサイド電極内の過剰炭素をグラファイトとして強制的に表面に析出させるとともに、析出した表面グラファイトを除去する工程を設けたからである。その具体的方法は、以下に述べる本発明の各実施の形態の中で詳しく説明される。 This configuration is made possible by providing a process for forcibly depositing excess carbon in the silicide electrode on the surface as graphite and removing the deposited surface graphite before forming the upper conductor film. is there. The specific method will be described in detail in each embodiment of the present invention described below.
以下、図面を参照して、本発明に関するいくつかの実施の形態を具体的に説明するが、以下の図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The following drawings are schematic, and the relationship between thickness and planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like. It should be noted that is different from the real thing. Accordingly, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
本発明は、4H、6H、3C、15Rなど全ての晶系(Hは六方晶、Cは立方晶、Rは菱面体晶を意味する)の基板、各晶系基板のすべての結晶面に適用できるが、ここでは便宜上、基板を4H−SiC基板として説明することにする。この基板は、各種炭化珪素基板の中でも優れた素子特性を与える基板として、今日、最も有望視されている基板だからである。 The present invention is applicable to all crystal planes such as 4H, 6H, 3C, and 15R (H is hexagonal, C is cubic, and R is rhombohedral), and all crystal planes of each crystal substrate. However, here, for convenience, the substrate will be described as a 4H—SiC substrate. This is because this substrate is the most promising substrate today as a substrate that gives excellent device characteristics among various silicon carbide substrates.
以下の説明において、特に断らない場合は、SiC基板にエピタキシャル層やその他の膜や電極が形成されたものを「SiC基板」または単に「基板」と呼んでいる。 In the following description, unless otherwise specified, a substrate in which an epitaxial layer or other film or electrode is formed on a SiC substrate is referred to as “SiC substrate” or simply “substrate”.
[第1の実施の形態]
以下に、本発明に係る炭化珪素半導体装置である、単純なオーミックコンタクトを有する炭化珪素半導体装置とその製造方法について説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a silicon carbide semiconductor device having a simple ohmic contact, which is a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, and a method for manufacturing the same will be described.
第1の実施の形態における炭化珪素半導体装置の要部断面構造を図1に示す。図において、1は炭化珪素基板であるn型4H−SiC基板であり、少なくともコンタクト面表層部分には高濃度のn型不純物がドープされている。基板1のコンタクト面には、コンタクトアニールで形成され、かつ、含有する炭素の量が、モル数で比較して、珪素の量よりも少ない炭素低含有シリサイド電極52(たとえばNiSi2)が設けられている。その炭素含有量は、モル数で表して、少なくとも珪素含有量の1/5以下、望ましくは1/10以下であることが好ましい。すなわち、炭素濃度が珪素濃度の1/5以上の領域でも、炭素濃度が珪素濃度より低くければ、一定の本発明の効果が得られ、上部導体膜の剥離不良の発生率も低減する。しかし、1/5以下にすると極めて顕著な効果が得られ、剥離不良の発生率を2桁以上低減することができる。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a main part of the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. In the figure,
また、炭素低含有シリサイド電極52の厚みは20nm以上500nm以下、望ましくは50nm以上250nm以下が好ましい。
The low carbon
炭素低含有シリサイド電極52の上には、上部導体膜3が積層されている。この上部導体膜3は、実装用のメタライズ膜(たとえばTi/Ni/Ag積層膜)の場合もあるし、電流取出し用の表面配線(Al膜やCu膜)の場合もある。
On the low-
基板1と上部導体膜3との間にはオーミックコンタクトが形成されている。
An ohmic contact is formed between the
次に、図1に示した炭化珪素半導体装置を製造する炭化珪素半導体装置の製造方法を、図2、図3に示した断面工程図によって説明する。 Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device for manufacturing the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to cross-sectional process diagrams shown in FIGS.
ここでは、炭化珪素基板である、表側主面に(0001)Si面を持つ低抵抗のn+型4H−SiC基板1の裏側主面に実装用の上部導体膜3(メタライズ膜)を有するオーミックコンタクトを形成する例で説明するが、表側主面にオーミックコンタクトを形成する場合も基本的にはなんらこれと異ならない。
Here, an ohmic having an upper conductor film 3 (metallized film) for mounting on the back main surface of a low resistance n + type 4H-
以下の説明において、(工程a)、(工程b)、…(工程f)は、それぞれ、図2、図3の(a)、(b)、…(f)に対応している。 In the following description, (step a), (step b),... (Step f) correspond to (a), (b),.
(工程a)
まず、コンタクトを形成すべき炭化珪素基板であるn型SiC基板(n+型4H−SiC)1を1160℃でドライ酸化して基板の裏側主面に熱酸化膜を成長し、これを直ちに緩衝フッ酸溶液で除去することにより、基板の表層に存在する低品質の結晶層を除き、高品質の結晶層を露出させる(図2の(a))。この犠牲酸化処理は、コンタクトの低抵抗化を達成するためには、非常に大切な処理であるが、低抵抗コンタクトを求めないのであるなら、省略してもよい。
(Process a)
First, an n-type SiC substrate (n + -type 4H-SiC) 1 which is a silicon carbide substrate on which a contact is to be formed is dry oxidized at 1160 ° C. to grow a thermal oxide film on the back main surface of the substrate, which is immediately buffered By removing with a hydrofluoric acid solution, the high-quality crystal layer is exposed except the low-quality crystal layer present on the surface layer of the substrate ((a) of FIG. 2). This sacrificial oxidation process is a very important process in order to achieve a reduction in contact resistance, but may be omitted if a low resistance contact is not required.
(工程b)
次に、n型SiC基板1を超純水ですすぎ、乾燥させたところで、基板1裏側主面全面にDCスパッタリングなどの成膜手段を用いて、図2の(b)に示すように、コンタクト母材50を被着させる。コンタクト母材50には、コンタクトアニールでシリサイドを形成し、副産物として炭素を生成する導電性の材料、たとえばNiやCoなどを用いる。以下の工程では、便宜上、コンタクト母材50はNiであるものとして説明する。
(Process b)
Next, when the n-
このコンタクト母材50の膜厚は上部導体膜3の剥離発生に強い影響を与える因子のひとつである。膜厚を厚くすると後のコンタクトアニールで生成する炭素量が増大し、その結果、膜剥離発生の危険性が高まる。したがって、膜厚はできるだけ薄いほうがよい。しかし、膜厚を薄くしすぎると、ある膜厚からコンタクト抵抗が急激に増大するという問題が起こるので、それは好ましくない。薄くしていったとき、コンタクト抵抗が急増し始める直前の厚みが最適な膜厚である。たとえば、コンタクト面が非常に平坦な場合には概ね50nm、コンタクト面に微細な凹凸がある研削面のような場合には大体100nmがコンタクト母材50の厚さの最適値である。SiC基板1の結晶品質や結晶系、研磨(または研削)の状態によって最適膜厚は多少変わる。一般的に言って、最適な膜厚は概ね15nm以上250nm以下の範囲であり、大抵は25nm以上125nm以下の範囲である。
The film thickness of the
(工程c)
次に、コンタクト母材50(遷移金属であるNi)を被着させたところで、直ちに基板1を急速加熱処理装置に設置して、水分や酸素を徹底的に除いた高純度のAr雰囲気中で1000℃、2分間の急速加熱処理(コンタクトアニール)を実施する。この熱処理によって、裏側主面に被着されたNi膜(コンタクト母材50)はSiC基板1と固相反応して、図2の(c)に示したように、シリサイド電極51となり、n+型基板1とシリサイド電極51との界面では極めて低いコンタクト抵抗を呈するようになる。しかしながら、この時点では、固相反応で生成した過剰な炭素の一部はは、表面付近を拡大して示した図17に見られるように、シリサイド電極51表面のグラファイト層54として存在しているが、他の一部はその内部全域に分散した状態になって存在している。このときのシリサイド電極表面の元素分布を図14に示す。
(Process c)
Next, when the contact base material 50 (Ni which is a transition metal) is deposited, the
(工程d)
次に、基板1を100℃以上600℃以下の範囲の非酸化性ガス雰囲気中で熱処理(表面析出処理)すると、不安定な状態でシリサイド電極51の内部に分散していた炭素が表面に向かって活発に移動し、図2の(d)に示したように、グラファイト53として析出する。本表面析出処理は、炭素低含有シリサイド電極52内部の炭素含有濃度(モル濃度)が珪素のモル濃度に対して少なくとも1/5以下、好ましくは1/10以下に低下するまで、実施する。この結果、シリサイド電極51は、この処理の結果、炭素含有率の低い炭素低含有シリサイド電極52に転換される。
(Process d)
Next, when the
この熱処理でグラファイト53は炭素低含有シリサイド電極52の内部ではなく、必ず表面に析出する。理由は、この時点では、障害物としての上部導体膜は存在しないので、固体内部に析出するよりは自由空間が開けている表面に析出した方が熱力学的に安定かつ容易だからである。
By this heat treatment, the graphite 53 is always deposited on the surface, not in the low-
なお、本工程をコンタクトアニールで用いた急速加熱処理装置で実施すれば、前工程に連続して本工程を実施することが可能であり、製造工程を合理化することができる。 In addition, if this process is implemented with the rapid heat treatment apparatus used by contact annealing, this process can be implemented continuously from the previous process, and the manufacturing process can be rationalized.
さらに、以下の条件(1)〜(3)を加味すると、処理時間を短縮したり、処理温度を低減したり、処理を確実にしたりすることができる。
(1) 処理ガスに水素またはヘリウムを添加する。
(2) 温度を断続的に上げ下げする。
(3) 超音波振動を加える。
Furthermore, when the following conditions (1) to (3) are taken into consideration, the processing time can be shortened, the processing temperature can be reduced, and the processing can be ensured.
(1) Add hydrogen or helium to the processing gas.
(2) Increase or decrease the temperature intermittently.
(3) Apply ultrasonic vibration.
これらを考慮した上で、実用的な表面析出処理条件の一例を示すと、「温度400℃一定、純水素ガス雰囲気中で20分」が挙げられる。 Taking these into account, an example of practical surface deposition treatment conditions is “temperature constant at 400 ° C., in pure hydrogen gas atmosphere for 20 minutes”.
上記の、非酸化性ガス雰囲気中で熱処理(表面析出処理)とは別に、基板1を100℃以上600℃以下の範囲の酸素含有雰囲気中で熱処理(炭素拡散工程もしくは炭素濃化部除去工程)を行うと、シリサイド電極表面に析出していたグラファイト層54(図17)の一部が酸化される。酸化されたグラファイト層54は、一酸化炭素や二酸化炭素等に分解されて除去される。また、シリサイド電極51内部に分散していた炭素は熱により、表面へ拡散する。表面へ拡散した炭素は一部は表面に蓄積されるが、一部は酸化して分解される。また、表面付近のSiとNiは酸化されて、SiとNiの複合酸化物層を生じる。酸化一例として、500℃において酸素を含む雰囲気中で20分間加熱した試料をAES分析した結果を図15に示す。このように、熱処理前は表面の炭素濃度が90%程度であったが、熱処理後は60%程度になり、酸素により分解して量が減ったことが分かった(炭素拡散)。表面から200nmの深さまでは、酸素濃度が高いことからも判る通り、複合酸化膜が形成されている。この部分を除けば、シリサイド電極中の炭素濃度が基板から離れる方向へ沿って減少している。また、熱処理前は深さ100nm程度のところに炭素が濃化した部分(図14の101部)が存在したが、熱処理後にはこの部分は無くなった。これは、基板を100℃以上600℃以下に加熱したために得られる効果であり、加熱することで濃化した部分の炭素が表面へ熱拡散していったためであると考えられる(炭素濃化部除去)。このように、酸素含有雰囲気中で熱処理を行うことにより、シリサイド電極内部の炭素量を減らせることが分かった。
Apart from the heat treatment (surface precipitation treatment) in the non-oxidizing gas atmosphere, the
また、この炭素析出拡散工程もしくは炭素濃化部除去工程は酸素ガスを含むプラズマ中やUV(紫外光)/オゾンなどの活性酸素雰囲気中で基板を100℃以上600℃以下にして行っても良い。この方法で行えば、シリサイド電極51表面に生じたグラファイト層54の分解をさらに促進することが出来る。
なお、この炭素析出拡散工程もしくは炭素濃化部除去工程は酸素雰囲気中だけでなく、他の炭素と結びつきやすいガス雰囲気中(例えば酸素ガス、水素ガス、フッ素ガスのうちのいずれかのガスを含む雰囲気)で行っても良い。
Further, the carbon precipitation diffusion step or the carbon enriched portion removal step may be performed in a plasma containing oxygen gas or in an active oxygen atmosphere such as UV (ultraviolet light) / ozone at 100 ° C. or more and 600 ° C. or less. . If this method is used, the decomposition of the graphite layer 54 formed on the surface of the
This carbon precipitation diffusion step or carbon enrichment removal step is not only in an oxygen atmosphere, but also in a gas atmosphere that is easily combined with other carbon (for example, containing any one of oxygen gas, hydrogen gas, and fluorine gas). Atmosphere).
(工程e)
次に、図3の(e)に示すように、非酸化性ガス雰囲気中で熱処理(表面析出処理)され、炭素低含有シリサイド電極52表面に析出したグラファイト53をきれいに除去(グラファイト除去処理)して、炭素低含有シリサイド電極52を露出させる。
(Process e)
Next, as shown in FIG. 3E, the graphite 53 that has been heat-treated (surface precipitation treatment) in a non-oxidizing gas atmosphere and deposited on the surface of the low-
グラファイト除去処理法には、次に掲げるいくつかの方法があり、どれを選んでもよい。
(1) 擦動法。化学機械研磨(CMP)の後処理(洗浄)で用いられているのと同様の方法で、純水で湿らせた化学繊維布(たとえばベルクリン布(商品名))でシリサイド電極表面のグラファイト53を機械的に擦り取る方法である。さらには、一般に、液体で湿らせた繊維集合体でグラファイト53を機械的に擦り取ることも可能である。ただし、陥没部に炭素低含有シリサイド電極52が形成されている場合は、これらの方法は適さないので、以下の方法を用いるようにする。
(2) 薬液法。グラファイト53を薬液で除去する方法。この場合に、グラファイト53は、かならずしも薬液に溶解するのではなく、薬液中に分散することによって除去される。これに適する薬液としては、フッ化アンモニウム水溶液、緩衝フッ酸溶液、硝酸添加燐酸酢酸混合液、王水、フォトレジストの剥離液などが挙げられるが、これに限定されるものではない。シリサイド電極表面に薬液を吹きつけたり、超音波振動を加えた薬液槽に基板を浸漬すると一層効果的である。
(3) 酸化法。酸素プラズマやUV(紫外光)/オゾンなどの活性酸素雰囲気に基板を置いて、気相中の活性酸素でグラファイト53を酸化して除去する方法である。本目的のために、市販されているフォトレジスト灰化装置(アッシャー)を改造することなく用いることができる。
There are several methods for removing graphite as follows, and any method may be selected.
(1) The friction method. The graphite 53 on the surface of the silicide electrode is formed with a chemical fiber cloth (for example, a Berglin cloth (trade name)) moistened with pure water by a method similar to that used in post-processing (cleaning) of chemical mechanical polishing (CMP). This is a mechanical scraping method. Furthermore, generally, it is also possible to mechanically scrape the graphite 53 with a fiber assembly moistened with a liquid. However, when the low carbon
(2) Chemical solution method. A method of removing the graphite 53 with a chemical solution. In this case, the graphite 53 is not necessarily dissolved in the chemical solution but is removed by being dispersed in the chemical solution. Suitable chemicals include, but are not limited to, an aqueous ammonium fluoride solution, a buffered hydrofluoric acid solution, a mixed solution of nitric acid-added phosphoric acid and acetic acid, aqua regia, and a photoresist stripping solution. It is more effective to spray a chemical solution on the surface of the silicide electrode or immerse the substrate in a chemical solution tank to which ultrasonic vibration is applied.
(3) Oxidation method. In this method, the substrate is placed in an active oxygen atmosphere such as oxygen plasma or UV (ultraviolet light) / ozone, and the graphite 53 is oxidized and removed by active oxygen in the gas phase. For this purpose, a commercially available photoresist incinerator (asher) can be used without modification.
上記3方法を同時に実施すると、処理をさらに効果的に進めることができる。たとえば、緩衝フッ酸溶液で湿らせた化学繊維布で擦動を行った場合((1)と(2)の組合せ)、数十秒で処理を完了させることができる。 If the above three methods are performed at the same time, the process can be carried out more effectively. For example, when rubbing with a chemical fiber cloth moistened with a buffered hydrofluoric acid solution (combination of (1) and (2)), the treatment can be completed in several tens of seconds.
工程dにおいて酸素含有雰囲気中で熱処理(炭素拡散工程もしくは炭素濃化部除去工程)を実施した場合には、
炭素低含有シリサイド電極52表面に析出したグラファイト53と複合酸化物(図示せず)を除去して、炭素低含有シリサイド電極52を露出させる(グラファイト・複合酸化物除去工程)。
When heat treatment (carbon diffusion step or carbon concentrated portion removal step) is performed in an oxygen-containing atmosphere in step d,
The graphite 53 and composite oxide (not shown) deposited on the surface of the low carbon
複合酸化物は薬液、例えば緩衝フッ酸溶液またはフッ化アンモニウム水溶液を用いることで、除去できる。グラファイト53は前の工程で、一部酸化分解されて弱くなっているが、エッチング液の浸透をある程度は妨げてしまっている。その際に、機械的摩擦や超音波振動を加えると、グラファイト53の除去を促進することが出来て、エッチング液が複合酸化物へ到達しやすくなり、エッチングがより進むようになる。この工程を行った後の試料にAES分析をした結果を図16に示す。このように、グラファイト53と複合酸化物の除去が確実に出来ていることが分かる。 The complex oxide can be removed by using a chemical solution such as a buffered hydrofluoric acid solution or an aqueous ammonium fluoride solution. The graphite 53 is weakened by being partially oxidized and decomposed in the previous step, but it has hindered the penetration of the etching solution to some extent. At this time, if mechanical friction or ultrasonic vibration is applied, the removal of the graphite 53 can be promoted, the etching solution can easily reach the composite oxide, and the etching further proceeds. FIG. 16 shows the result of AES analysis performed on the sample after performing this step. Thus, it can be seen that the graphite 53 and the composite oxide are reliably removed.
また、グラファイト・複合酸化物除去工程は、ハロゲン系のガス、例えばフルオロカーボンポリマーを形成するようなガス、例えばトリフルオロメタンを用いたエッチングで行ってもよい。この方法で行えば、エッチング液を用いた場合と比較して、酸化膜を溶解したエッチング液による汚染を防ぐことができる。 The graphite / complex oxide removing step may be performed by etching using a halogen-based gas, for example, a gas that forms a fluorocarbon polymer, for example, trifluoromethane. If this method is used, contamination by the etching solution in which the oxide film is dissolved can be prevented as compared with the case where the etching solution is used.
また、グラファイト・複合酸化物除去工程は、気相エッチング法によって行ってもよい。例えば0.13から1.3 hPaの圧力下において、フッ化水素(HF)と水蒸気の混合ガス、あるいはフッ化水素(HF)と無水メチルアルコール(CH3OH)またはイソプロピルアルコールの混合ガス、あるいはフッ化水素(HF)による気相エッチング酸化膜を除去することが出来る。あるいは水素(H2)と微量のフッ化水素(HF)の混合ガス中に基板1を置き、波長が数100nm、例えば200nmから300nmの紫外線を照射することにより酸化物を除去する方法もある。これらの方法で行えば、パーティクルの発生が極めて少ないという利点がある。
Further, the graphite / complex oxide removing step may be performed by a vapor phase etching method. For example, under a pressure of 0.13 to 1.3 hPa, a mixed gas of hydrogen fluoride (HF) and water vapor, a mixed gas of hydrogen fluoride (HF) and anhydrous methyl alcohol (CH 3 OH) or isopropyl alcohol, or hydrogen fluoride ( The gas phase etching oxide film by HF) can be removed. Alternatively, there is a method in which the oxide is removed by placing the
この工程によって、剥がれを生じにくい電極の表面である低含有シリサイド電極52の表面が露出する。この表面における炭素原子濃度は30%以下であるとよく、望ましくは5%以下であるとよい。
This step exposes the surface of the low-contained
(工程f)
次に、炭素低含有シリサイド電極52の上のグラファイト53を除去したところで、基板1を十分洗浄し、ただちに、基板1の炭素低含有シリサイド電極52の上部に、DCスパッタリングあるいは電子ビーム蒸着などの成膜手段を用いて、上部導体膜3として、たとえばTiとNiとAgを順に被着させる。なお、上部導体膜3にパターニングが必要な場合は、つづけて、フォトリソグラフィーとエッチングを実施するようにする。このようにして、オーミックコンタクトの最終構造(図3の(f))が完成する。この最終構造は、図1に示した、本発明に係る炭化珪素半導体装置の構成と同じものである。炭素低含有シリサイド電極52と上部導体膜3とが、炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体を構成する。
(Process f)
Next, when the graphite 53 on the low carbon
図1に示した構成から明らかなとおり、上部導体膜3を被着させた炭素低含有シリサイド電極52は、剥離の要因となりうる過剰量の炭素を実質含まない膜であるから、グラファイトの析出は起こらず、したがって、上部導体膜3の剥離も起こらない。すなわち、第1の実施の形態は、「上部導体膜3が突然剥離して、デバイスの歩留まりを低下させる、デバイス完成後に故障を起こす」という問題を解決している、と言うことができる。
As is clear from the configuration shown in FIG. 1, the low carbon-containing
図1に示した構成を可能にしたのは、上記の、炭化珪素半導体装置の製造方法において、上部導体膜3を形成する前に、シリサイド電極内の過剰量の炭素をグラファイトとして強制的に表面に析出させるとともに、析出した表面グラファイトを除去する工程を設けたからである。 The configuration shown in FIG. 1 is made possible by forcing the excess carbon in the silicide electrode into graphite as a graphite before forming the upper conductor film 3 in the above-described method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device. This is because a process for removing the deposited surface graphite was provided.
なお、実施例では炭化珪素半導体装置に導体膜を付けることをを例に挙げたが、他の遷移金属炭化物(TiC等)へ金属膜を付けることにも利用でき、炭化珪素基板に限らない。 In the embodiment, the conductor film is attached to the silicon carbide semiconductor device as an example. However, it can be used to attach a metal film to other transition metal carbides (TiC or the like), and is not limited to the silicon carbide substrate.
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、2端子デバイスのひとつである、縦型ショットキーダイオードに本発明を適用した例である。
[Second Embodiment]
The second embodiment is an example in which the present invention is applied to a vertical Schottky diode, which is one of two-terminal devices.
図4は、本発明に係る炭化珪素半導体装置である縦型ショットキーダイオードの要部断面図を示している。1は炭化珪素基板である、1×1019/cm3以上の不純物濃度を有するn+型単結晶4H−SiC基板であり、その表側主面である(0001)Si面に厚み10μm、窒素を5×1015/cm3添加した第1のn−型エピタキシャル層4をホモエピタキシャル成長させている。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the main part of a vertical Schottky diode which is a silicon carbide semiconductor device according to the present invention.
n−型エピタキシャル層4の表層部所定領域には、イオン注入と活性化アニールとによって形成された幅2μmの環状のp型電界緩和領域9a1、9a2、9a3、……9anが2μm間隔で形成されている。電界緩和領域9a1、9a2、9a3、……9anの本数(n)は耐圧によって異なる。たとえば、1000V耐圧の場合では5本(n=5)あればよい。
In a predetermined region of the surface layer portion of the n −
5は開口部6を有するフィールド絶縁膜であり、基板1の表側主面を覆っている。開口部6の底面ではn−型エピタキシャル層4と接するショットキー電極7が配設され、エピタキシャル層4との間でショットキー接合を形成している。このショットキー電極7の外縁端は前記p型電界緩和領域9a1(もっとも内側にあるp型環状領域)の上部に置かれている。8は表側主面配線であり、ショットキー電極7に機械的電気的に接し、フィールド開口部6を塞ぐように配設されている。平面図で眺めたとき、表側主面配線8の外縁端はショットキー電極7の外縁端より外側であり、かつ、p型電界緩和領域3a1の外縁端より内側にあるように設計されているものとする。
52は基板1裏側主面に設けられている炭素低含有シリサイド電極(オーミック電極)である。炭素低含有シリサイド電極52の上にはダイボンディングを目的とした裏側主面上部導電膜3が置かれている。
ショットキー電極7と上部導電膜3との間に整流性が現れ、この炭化珪素半導体装置は縦型ショットキーダイオードとして機能する。
Rectification appears between the
次に、図4に示した構成の、縦型ショットキーダイオードの製造方法を、図5〜図7に示した断面工程図を用いて説明する。以下の説明において、(工程a)、(工程b)、…、(工程g)は、それぞれ、図5〜図7の(a)、(b)、…、(g)に対応している。 Next, a method of manufacturing the vertical Schottky diode having the configuration shown in FIG. 4 will be described with reference to the sectional process diagrams shown in FIGS. In the following description, (step a), (step b),..., (Step g) correspond to (a), (b),.
(工程a)
はじめに、表側主面に厚み約10μmのn−型エピタキシャル層4をホモエピタキシャル成長させた炭化珪素基板であるn+型4H−SiC基板1を用意(購入)し、図5の(a)に示したように、n−型エピタキシャル層4表面にp型電界緩和領域9a1、9a2、9a3、……9anを高温選択イオン注入で形成する。
(Process a)
First, an n + type 4H—
このために、まず、厚さ約1.5μmのSiO2膜を、CVD法で、基板1の表側主面全面に堆積し、高濃度不純物領域の形成予定領域の上に堆積したSiO2膜をフォトリソグラフィ(フォトレジストを用いたパターニング)とドライ、ウエット併用エッチング技術とで選択的に除去する。ここでドライ、ウエット併用エッチング技術とは、反応性イオンエッチング(RIE)や誘導結合プラズマエッチング(ICP)などの異方性ドライエッチングでSiO2膜を除去する際、基板表面がプラズマダメージを受けるのを防止するため、SiO2膜が完全に除去される直前にドライエッチングを停止し、残りの部分を緩衝フッ酸溶液などを用いたウエットエッチングで除去するようにした複合エッチング技術である。
For this purpose, first, an SiO 2 film having a thickness of about 1.5 μm is deposited on the entire front main surface of the
SiO2膜のエッチングが済んだところで、基板1からフォトレジストを除去し、十分洗浄したあと、基板1表面に厚さ10nm以上30nm以下の薄いSiO2膜を減圧化学的気相成長法(LPCVD)で堆積し、スルーSiO2膜とする。
When the SiO 2 film has been etched, the photoresist is removed from the
このようにして、イオン注入マスクができあがったところで、基板表面にAl+イオンを多段イオン注入して、p型電界緩和領域9a1、9a2、9a3、……9anの前駆体領域を形成する。p型電界緩和領域のイオン注入条件の一例を示すと以下のとおりである。 In this way, formed where the resulting ion implantation mask, the Al + ions on the substrate surface by injecting multistage ion, p-type electric field relaxation region 9 a1, 9 a2, 9 a3 , the precursor region of the ...... 9 an To do. An example of the ion implantation conditions for the p-type electric field relaxation region is as follows.
基板温度 700℃
加速エネルギー/ドーズ
第1段 300keV/8.3×1015/cm2
第2段 190keV/3.2×1015/cm2
第3段 150keV/2.1×1015/cm2
第4段 100keV/1.9×1015/cm2
第5段 60keV/1.7×1015/cm2
第6段 30keV/9.4×1014/cm2
イオン注入が終了したところで、基板1を緩衝フッ酸溶液に浸漬して、表裏にあるすべてのSiO2膜(マスク膜とスルー膜)を除去し、乾燥した後、温度1650℃の高純度Ar雰囲気中で、およそ1分の活性化アニールを行い、前記p型電界緩和領域の前駆体領域を活性化させて、p型電界緩和領域9a1、9a2、9a3、……9anとする。こうして図5の(a)に示した構造が出来上がる。
Acceleration energy /
Second stage 190 keV / 3.2 × 10 15 / cm 2
Third stage 150 keV / 2.1 × 10 15 / cm 2
When the ion implantation is completed, the
(工程b)
次に、p型電界緩和領域の活性化が済んだところで、基板1を十分洗浄し、乾燥させた後、1100℃、ドライ酸素雰囲気で犠牲酸化して基板表裏表面に熱酸化膜を成長し、その後、緩衝フッ酸溶液に浸漬して基板表面の熱酸化膜を取り除く(犠牲酸化)。この熱酸化膜の厚みは50nm未満、好ましくは5nm以上20nm以下が望ましい。
(Process b)
Next, when the activation of the p-type field relaxation region is completed, the
基板表面の犠牲酸化が終了したところで、基板1を十分洗浄してから、1100℃、ドライ酸素雰囲気で熱酸化して、基板1の表裏両主面全面に凡そ5nm〜20nm厚の熱酸化膜を成長し、さらにこの上に、常圧化学的気相成長法(APCVD)などの手段を用いて厚い(600nm厚)のSiO2膜を堆積することにより、図5の(b)に示したように、熱酸化膜とAPCVD−SiO2膜からなる2層構造のフィールド絶縁膜5を形成する。この熱酸化で基板裏側主面にも100nm以上の熱酸化膜13が形成される。
When the sacrificial oxidation of the substrate surface is completed, the
フィールド絶縁膜5の下層の熱酸化膜はフィールド絶縁膜5とSiC基板1表面との界面を安定化させ、縦型デバイスの耐電圧性を高め、そのばらつきを抑制する効果がある。基板裏側主面の熱酸化膜13は基板裏側主面の低品質結晶層を除去し、コンタクト抵抗を低減する効果がある。
The thermal oxide film under the
(工程c)
次に、フィールド絶縁膜5の上に保護用のフォトレジストを塗布してから、基板1を緩衝フッ酸溶液に浸漬し、裏側主面に形成されている熱酸化膜13を除去して、基板1裏側主面を露出させる。つづいて、基板1を超純水で十分すすぎ、乾燥させた後、露出している基板1の裏側主面にDCスパッタリングなどの成膜手段を用いてコンタクト母材を蒸着する。この時、基板裏面の周辺部分にはシャドーマスクなどを用いて、オーミック電極母材が付着しないよう蒸着するのが好ましい。コンタクト母材には、たとえば、100nm厚のNiやCoなどを用いることができる。
(Process c)
Next, after applying a protective photoresist on the
コンタクト母材の蒸着が終了したら、基板を専用のフォトレジスト・ストリッパ溶液に浸漬させ、保護用フォトレジストを完全に剥離する。そして、基板を十分洗浄し、十分濯いでから乾燥させ、直ちに急速加熱処理装置に設置して、高純度のAr雰囲気で1000℃、2分間の急速加熱処理(コンタクトアニール)を実施する。この熱処理によって、裏面に堆積されたコンタクト母材(Ni膜など)は、図5の(c)に示したように、n+型SiC基板1の裏側主面と固相反応して、過剰な炭素を含有するシリサイド電極51となり、基板1に対して極めて低いコンタクト抵抗を呈するようになる。ここで達成されるオーミック電極9のコンタクト抵抗は10−6Ωcm2台かそれ以下であり、この値はショットキーダイオードのオン抵抗に対して、無視できるほど小さい値である。
When the contact matrix is deposited, the substrate is immersed in a dedicated photoresist stripper solution to completely remove the protective photoresist. Then, the substrate is sufficiently washed, rinsed and dried, and immediately installed in a rapid heat treatment apparatus, and subjected to rapid heat treatment (contact annealing) at 1000 ° C. for 2 minutes in a high-purity Ar atmosphere. As a result of this heat treatment, the contact base material (Ni film or the like) deposited on the back surface undergoes a solid-phase reaction with the back main surface of the n + -
(工程d)
次に、第1の実施の形態で説明した表面析出処理工程、炭素拡散工程または炭素濃化部除去工程(図2の(d))とグラファイト除去処理工程またはグラファイト・複合酸化膜除去工程(図3の(e))とを同様に行って、図6の(d)に示したように、炭素を過剰に含有するシリサイド電極51を炭素低含有シリサイド電極52に転換し、その表面に析出しているグラファイトや複合酸化物を除去する。
(Process d)
Next, the surface precipitation treatment step, the carbon diffusion step or the carbon concentrated portion removal step (FIG. 2 (d)) and the graphite removal treatment step or the graphite / composite oxide film removal step (FIG. 2) described in the first embodiment. 3 (e)), the
(工程e)
次に、炭素低含有シリサイド電極52の形成後、基板1の表側主面にフォトリソグラフィーを実施し、フィールド絶縁膜5表面に開口部6をくり抜くためのフォトレジストパターン19を形成する。
(Process e)
Next, after the formation of the low-
つづいて、基板1裏側主面にフォトレジスト20を塗布して、炭素低含有シリサイド電極52を完全に覆って保護し、表裏のフォトレジストのポストベークを行ってから、緩衝フッ酸溶液を用いたウエットエッチングあるいは前述のドライ、ウェット併用エッチングを実施し、フィールド絶縁膜5に開口部6を形成し、開口部6底部にn−型エピタキシャル層4を露出させる(開口エッチング)。
Subsequently, a
このようにして、開口部6にSiCエピタキシャル層4が露出したところで、基板1を超純水で十分濯ぎ、乾燥させ、間髪を挟まず、高真空電子ビーム蒸着装置に据え付け、基板1表面全面に、所望のショトッキー電極材料(ここでは50nm厚のTiとする)21を成膜すると、図6の(e)に示したような構造になる。もしも、ショトッキー電極材料21が、TiやAlのように、純水やフォトレジスト・ストリッパ溶液で酸化したり溶解したりしやすい材料の場合には、さらに、この膜の上に、酸化防止用の導電膜を、たとえば、Ptを厚み50nm〜150nmの範囲で連続成膜するとよい。
In this way, when the
(工程f)
次に、基板1を専用のフォレジスト・ストリッパ溶液に浸漬し、基板1表面及び裏面のフォトレジストを完全に除去する。図6の(f)は、ストリッパ溶液を超純水等で十分濯ぎ、乾燥させた基板の断面形状を示している。同図から明らかなとおり、開口部6の底部(n−型エピタキシャル層4表面)のみにショトッキー電極7が残され、フォトレジストの上にあった電極膜はフォトレジストの溶解とともに除去された構造ができあがる。なお、酸化防止用の導電膜が被着された場合には、ショトッキー電極7の上に同形の酸化防止導電膜が積層した構造になる。
(Process f)
Next, the
(工程g)
次に、DCマグネトロンスパッタリングなどの手段を用いて、基板1の表側主面全面に厚い表面配線材料を蒸着して、その後、同配線材料を周知のフォトリソグラフィーとRIEなどのドライエッチング法を用いてパターニングして表側主面配線8とすると、図7の(g)に示した構造になる。表面配線材料としては、たとえば、50nm厚のTiと2μm厚のAlを連続蒸着した積層膜を用いることができる。
(Process g)
Next, using a means such as DC magnetron sputtering, a thick surface wiring material is vapor-deposited on the entire front main surface of the
(工程h)
最後に、洗浄し乾燥した基板1の裏面(炭素低含有シリサイド電極52の上)全面に、DCマグネトロンスパッタリングなどの手段を用いて、ダイボンド実装などに使用する導体材料を蒸着して、裏側主面上部導体膜3を形成すると、図4に示した最終構造のショットキーダイオートが完成する。上部導体膜3の一例を挙げると、Ti(50nm厚)とNi(100nm厚)とAg(150nm厚)をこの順に積層したTi/Ni/Ag膜があるが、本発明はもちろんこれに限られたものではない。
(Process h)
Finally, a conductive material used for die bonding is deposited on the entire back surface (on the low carbon-containing silicide electrode 52) of the cleaned and dried
以上の説明から明らかなように、第2の実施の形態の場合でも、上部導体膜3を被着させた裏側主面の炭素低含有シリサイド電極52は、剥離の要因となる量の過剰な炭素が存在しない膜であるから、炭素低含有シリサイド電極52の内部やシリサイド電極52と上部導体膜3との界面にグラファイトの析出は起こらない。よって、上部導体膜3の剥離も起こらない。すなわち、第2の実施の形態においては、「上部導体膜3が突然剥離して、デバイスの歩留まりを低下させる、デバイス完成後に故障を起こす」という問題を解決している、と言うことができる。
As is clear from the above description, even in the case of the second embodiment, the low-carbon-containing
剥離の要因となる量の過剰な炭素を含まない炭素低含有シリサイド電極52を可能にしたのは、本発明第2の実施の形態の製造方法において、上部導体膜3を形成する前に、シリサイド電極内の過剰炭素をグラファイトとして強制的に表面に析出させるとともに、析出した表面グラファイトを除去する工程を設けたからである。
The reason why the low carbon
上記の本発明に係る半導体装置の構造及びその製造方法に基づいてショットキー電極面積が約1×1mm2の縦型ショットキーダイオード1000個を製作したところ、上部導体膜3が剥離する不良モードは1つも観察されなかった。 When 1000 vertical Schottky diodes having a Schottky electrode area of about 1 × 1 mm 2 were manufactured based on the structure of the semiconductor device according to the present invention and the manufacturing method thereof, the failure mode in which the upper conductor film 3 peels is None were observed.
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態は、本発明を3端子スイッチングデバイスの1つである縦型MOSFET(金属−酸化物−半導体構造電界効果トランジスタ)に適用した例である。本例は、また、SiC基板の表側と裏側両面にシリサイド電極型のオーミックコンタクトを有するデバイスに本発明を適用した例でもある。
[Third Embodiment]
The third embodiment is an example in which the present invention is applied to a vertical MOSFET (metal-oxide-semiconductor structure field effect transistor) which is one of three-terminal switching devices. This example is also an example in which the present invention is applied to a device having silicide electrode type ohmic contacts on both the front side and the back side of the SiC substrate.
図8は、本発明に係る炭化珪素半導体装置である、SiC半導体MOSFETのユニットセル70の要部断面を示している。ユニットセルとは素子領域の最小単位のことで、パワー素子では素子領域このユニットセルを縦横に多数並列配置して大電流化を図っている。なお、以下の説明では、符号70は素子領域とユニットセルの両方の意味で用いることにする。
FIG. 8 shows a cross section of a main part of a
71は炭化珪素基板である、高濃度に不純物添加したn+型単結晶4H−SiC基板であり、表面(図中上側主面)には厚み10μm、窒素を1×10−16/cm3添加したn−型エピタキシャル層72をホモエピタキシャル成長させている。4Hのほか、6H、3C、15Rなど全ての晶系(Hは六方晶、Cは立方晶、Rは菱面体晶を意味する)のSiC基板を用いることができる。 Reference numeral 71 denotes a silicon carbide substrate which is an n + type single crystal 4H—SiC substrate doped with a high concentration of impurities. The surface (upper main surface in the figure) has a thickness of 10 μm and nitrogen is added at 1 × 10 −16 / cm 3. The n − type epitaxial layer 72 is homoepitaxially grown. In addition to 4H, SiC substrates of all crystal systems such as 6H, 3C, and 15R (H is hexagonal, C is cubic, and R is rhombohedral) can be used.
n−型エピタキシャル層72表層の所定領域には、p型不純物をn−型エピタキシャル層72の不純物濃度よりも高く添加したp型ベース領域73aおよび73bが離間して形成されている。 the n - -type epitaxial layer 72 surface in a predetermined region, a p-type impurity n - p-type base region 73a and 73b were added higher than the impurity concentration of the type epitaxial layer 72 is formed spaced apart.
p型ベース領域73a、73bの表層所定領域には、p型ベース領域よりも浅く高濃度の不純物を添加したn+型ソース領域(高濃度不純物領域)74a、74bが形成されている。p型ベース領域73a、73bの一部であって、かつ、n+型ソース領域74aと74bの外部表層には、p型の不純物を高濃度に添加したp+型ベース領域75a、75bが配設されている。n−型エピタキシャル層72、p型ベース領域(73a、73b)、n+型ソース領域(74a、74b)の不純物濃度はこの順序で大きくなるように設定されている。 N + -type source regions (high-concentration impurity regions) 74a and 74b, which are shallower than the p-type base region and doped with high-concentration impurities, are formed in the surface layer predetermined regions of the p-type base regions 73a and 73b. p + -type base regions 75a and 75b to which p-type impurities are added at a high concentration are arranged in part of the p-type base regions 73a and 73b and in the outer surface layers of the n + -type source regions 74a and 74b. It is installed. The impurity concentrations of the n − type epitaxial layer 72, the p type base regions (73a and 73b), and the n + type source regions (74a and 74b) are set to increase in this order.
上記各不純物領域を形成したSiC基板71の表側主面には、ゲート酸化膜75がある。ゲート酸化膜75の上には、導電性の多結晶シリコンのゲート電極76が設けられている。このゲート電極76の側面および上面には、多結晶シリコン酸化膜77が配設されている。ゲート酸化膜75および多結晶シリコン酸化膜77の上には層間絶縁膜78が成膜されている。
A gate oxide film 75 is provided on the front main surface of the SiC substrate 71 on which the impurity regions are formed. A conductive polycrystalline
79a、79bは、層間絶縁膜78/ゲート酸化膜75に開口され、SiC基板71表面のn+型ソース領域74a、74bとp+型ベース領域75a、75bにまたがって貫通するソース窓である。このソース窓79a、79bの底には第1の炭素低含有シリサイド電極としてのソース電極80a、80bが置かれている。このソース電極80a、80bはn+型ソース領域74a、74bとp+型ベース領域75a、75bの異極性領域に同時にオーミックコンタクトを与える機能を備えている。82は、n+型ソース領域やp+型ベース領域を、外部回路や同一基板上の他の回路要素に結線するための表側主面配線で、上部導体膜の一種である。
79a and 79b are source windows opened in the interlayer insulating film 78 / gate oxide film 75 and penetrating through the n + type source regions 74a and 74b and the p + type base regions 75a and 75b on the surface of the SiC substrate 71.
一方、基板71の裏側主面には、MOSFETセルのドレインにオーミックコンタクトを付与する、第2の炭素低含有シリサイド電極としてのドレイン電極81が設けられている。ドレイン電極81の上にはダイボンディングを円滑に行うことを目的とした裏側主面配線61(上部導体膜の一種)が置かれている。
On the other hand, on the back main surface of the substrate 71, a
上記の構成によって、この炭化珪素半導体装置は縦型金属−酸化物−半導体構造電界効果トランジスタとして機能する。 With this configuration, the silicon carbide semiconductor device functions as a vertical metal-oxide-semiconductor structure field effect transistor.
次に、図8に示した構成の、4H−SiC基板を用いたMOSFETセルの製造方法を、図9〜図12を参照しながら説明する。以下の説明において、(工程a)、(工程b)、…、(工程h)は、それぞれ、図9〜図12の(a)、(b)、…、(h)に対応している。 Next, a method for manufacturing a MOSFET cell using the 4H-SiC substrate having the configuration shown in FIG. 8 will be described with reference to FIGS. In the following description, (step a), (step b),..., (Step h) correspond to (a), (b),.
(工程a)
はじめに、表面側に厚み約10μmのn−型エピタキシャル層72をホモエピタキシャル成長させた炭化珪素基板であるn+型4H−SiC基板71を用意(購入)し、第2の実施の形態の(工程a)で説明した高温選択イオン注入法で、所定領域にp型ベース領域(73aと73b)、n+型ソース領域(74aと74b)、p+型ベース領域(75a、75b)それぞれの前駆体領域を順次形成する。各領域のイオン注入条件の一例を示すと次のとおりである。
(Process a)
First, an n + -type 4H—SiC substrate 71, which is a silicon carbide substrate obtained by homoepitaxially growing an n − -type epitaxial layer 72 having a thickness of about 10 μm on the surface side, is prepared (purchased). The precursor regions of the p-type base regions (73a and 73b), the n + -type source regions (74a and 74b), and the p + -type base regions (75a and 75b) in predetermined regions by the high-temperature selective ion implantation method described in FIG. Are sequentially formed. An example of ion implantation conditions for each region is as follows.
p型ベース領域のイオン注入条件
不純物 Al+イオン
基板温度 750℃
加速電圧/ドース 360 keV/ 5×1013/cm2
p+型ベース領域イオン注入条件
イオン種 Al+
注入温度 750℃
加速電圧/ドース
30keV 1.0×1015/cm2
50keV 1.0×1015/cm2
70keV 2.0×1015/cm2
100keV 3.0×1015/cm2
n+型ソース領域イオン注入条件
イオン種 P+(リン)
注入温度 500℃
加速電圧/ドース
40keV 5.0×1014/cm2
70keV 6.0×1014/cm2
100keV 1.0×1015/cm2
160keV 2.0×1015/cm2
高温イオン注入が終了したところで、SiC基板71に形成されている最終のイオン注入マスクを緩衝フッ酸溶液に浸漬して除去し、基板を十分洗浄し、乾燥した後、活性化アニールを行い、基板71の表裏にあるすべての前駆体領域を一挙に活性化させて、p型ベース層73a、73bと、n+型ソース領域74a、74bと、p+型ベース領域75a、75bとを形成する。図9の(a)はこの段階での構造を示している。
Ion implantation conditions for p-type base region Impurity Al + ion Substrate temperature 750 ° C.
Acceleration voltage / dose 360 keV / 5 × 10 13 / cm 2
p + type base region ion implantation conditions Ion species Al +
Injection temperature 750 ° C
Acceleration voltage / Dose
30 keV 1.0 × 10 15 / cm 2
50 keV 1.0 × 10 15 / cm 2
70 keV 2.0 × 10 15 / cm 2
100 keV 3.0 × 10 15 / cm 2
n + type source region ion implantation conditions Ion species P + (phosphorus)
Acceleration voltage / Dose
40 keV 5.0 × 10 14 / cm 2
70 keV 6.0 × 10 14 / cm 2
100 keV 1.0 × 10 15 / cm 2
160 keV 2.0 × 10 15 / cm 2
When the high temperature ion implantation is completed, the final ion implantation mask formed on the SiC substrate 71 is removed by immersing it in a buffered hydrofluoric acid solution, the substrate is sufficiently washed, dried, and then subjected to activation annealing. All the precursor regions on the front and back of 71 are activated at a time to form p-type base layers 73a and 73b, n + -type source regions 74a and 74b, and p + -type base regions 75a and 75b. FIG. 9A shows the structure at this stage.
活性化は高純度のカーボンサセプタの上に、基板71の表側主面が上を向くように(基板の裏面がサセプタに接するように)置き、高純度不活性ガス(たとえばAr)雰囲気あるいは僅かにシランを含有する高純度不活性ガス雰囲気のなかで、1600℃以上の温度で1分〜数分の急速加熱処理を行うことで実施する。 The activation is placed on a high-purity carbon susceptor so that the front main surface of the substrate 71 faces upward (the back surface of the substrate is in contact with the susceptor), and a high-purity inert gas (for example, Ar) atmosphere or slightly It is carried out by performing a rapid heat treatment for 1 minute to several minutes at a temperature of 1600 ° C. or higher in a high purity inert gas atmosphere containing silane.
(工程b)
基板71表裏の不純物層の活性化が済んだところで、基板71を十分洗浄し、乾燥させた後、1100℃、ドライ酸素雰囲気で犠牲酸化して基板71の表面に熱酸化膜を成長し、その後、緩衝フッ酸溶液に浸漬して基板表面の熱酸化膜を取り除く(犠牲酸化処理)。この熱酸化膜の厚みは50nm未満、好ましくは5nm〜20nmが望ましい。この犠牲酸化処理で基板表面からデバイスの不良の要因となる汚染層や不整層が適切に除去される。
(Process b)
After the activation of the impurity layers on the front and back of the substrate 71, the substrate 71 is sufficiently washed and dried, and then a sacrificial oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere at 1100 ° C. to grow a thermal oxide film on the surface of the substrate 71. Then, the substrate is immersed in a buffered hydrofluoric acid solution to remove the thermal oxide film on the substrate surface (sacrificial oxidation treatment). The thickness of the thermal oxide film is less than 50 nm, preferably 5 nm to 20 nm. By this sacrificial oxidation treatment, a contaminated layer or an irregular layer that causes a device failure is appropriately removed from the substrate surface.
犠牲酸化処理が終了したところで、基板を十分洗浄してから、1100℃、ドライ酸素雰囲気で熱酸化して基板71の表裏両主面全面に凡そ5nm〜20nm厚の熱酸化膜を成長し、さらに基板71の表側主面の上に、常圧化学的気相成長法(APCVD)などの手段を用いて厚い(600nm厚)のSiO2膜を堆積することにより、図9の(b)に示すように、熱酸化膜とAPCVD−SiO2膜からなる2層構造のフィールド絶縁膜100を形成する。この熱酸化で、裏側主面にも厚み100nm以上の一過性の熱酸化膜97が形成される。
When the sacrificial oxidation treatment is completed, the substrate is sufficiently cleaned, and then thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere at 1100 ° C. to grow a thermal oxide film having a thickness of about 5 nm to 20 nm on the entire front and back main surfaces of the substrate 71. By depositing a thick (600 nm thick) SiO 2 film on the front main surface of the substrate 71 using means such as atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), it is shown in FIG. 9B. Thus, a
フィールド絶縁膜100の下層の熱酸化膜はフィールド絶縁膜100とSiC基板71表面との界面を安定化させ、縦型デバイスの耐電圧性を高め、そのばらつきを抑制する効果がある。
The thermal oxide film under the
(工程c)
次に、周知のフォトリソグラフィとウェットエッチング(または前述のドライ、ウェット併用エッチング)を用いて基板表面のフィールド絶縁膜100を選択エッチングし、フィールド領域と、フィールド絶縁膜100が除去された素子領域(図8の70)を形成する。一過性の熱酸化膜97はウェットエッチングで消失する。この時の素子領域70の構造は前図と同じであるが、素子領域70以外の部分ではフィールド絶縁膜100が存在しており、SiC基板71全体の構造は異なっている。
(Process c)
Next, the
つづいて、基板71を再び、十分洗浄するとともに、この洗浄の最終段階において、素子領域70の表面に生成した化学的酸化膜(SiO2)を除去するために緩衝フッ酸溶液に5秒〜10秒間浸し、超純水で緩衝フッ酸溶液を完全にすすぎ落とした後、乾燥し、直ちに熱酸化して、素子領域70の基板表面に所望の厚み(たとえばここでは40nm厚)のゲート酸化膜75を成長させる。このゲート酸化で裏側主面に一過性の熱酸化膜98が再び成長する。ゲート酸化の条件としては、これに限定されるわけではないが、たとえば、温度1160℃でのドライ酸化がよい。ここで重要なポイントは、熱酸化温度は全ての後続工程のどの熱処理温度よりも高く設定するということである。
Subsequently, the substrate 71 is sufficiently cleaned again, and in the final stage of the cleaning, in order to remove the chemical oxide film (SiO 2 ) generated on the surface of the
次に、基板71の表側主面及び裏側主面全面にシラン原料を用いた減圧CVD法(成長温度600℃〜700℃)で厚み300nm〜400nmの多結晶シリコン膜84を成膜し、その後、塩素酸リン(POCl3)と酸素を用いた周知の熱拡散法(処理温度900℃〜950℃)で多結晶シリコン膜にP(リン)を添加し、導電性を付与する。つづいて、基板表面にフォトレジストを塗布して、フォトリソグラフィと、C2F6と酸素をエッチャントとした反応性イオンエッチング(RIE)を用いて、基板表面側の多結晶シリコン膜の不要な部分を取り除き、ゲート電極76を形成すると、図9の(c)に示した構造になる。
Next, a
(工程d)
次に、エッチング後の基板71を十分洗浄して、十分清浄化したところで、900℃のドライ酸素雰囲気で熱酸化させ、ゲート電極76と裏側主面の多結晶シリコン膜の表面に多結晶シリコンの熱酸化膜77と85を生成する。
(Process d)
Next, the etched substrate 71 is sufficiently cleaned and sufficiently cleaned, and then thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere at 900 ° C., and the polycrystalline silicon film on the surface of the
次に、図10の(d)に図示したように、基板71の表側主面全面に層間絶縁膜78を堆積する。この層間絶縁膜78としては、シランと酸素を原料としたAPCVDで形成した約1μm厚のSiO2膜(NSG)、あるいは、リンを添加したリン珪酸ガラス(PSG)、更にこれにホウ素を添加したホウ素リン珪酸ガラス(BPSG)などが適しているが、これに限定されるものではない。この後、基板71を通常の拡散炉に入れ、N2雰囲気で数10分の穏やかな熱処理を行い、層間絶縁膜78を高密度化する。この時の熱処理温度は、ゲート絶縁膜の形成(熱酸化)温度より低い温度、たとえば、900℃〜1000℃の範囲で適宜選ばれる。 Next, as illustrated in FIG. 10D, an interlayer insulating film 78 is deposited on the entire front main surface of the substrate 71. As the interlayer insulating film 78, an approximately 1 μm thick SiO 2 film (NSG) formed by APCVD using silane and oxygen as raw materials, or phosphosilicate glass (PSG) to which phosphorus is added, and further boron is added thereto. Boron phosphosilicate glass (BPSG) is suitable, but is not limited to this. Thereafter, the substrate 71 is placed in a normal diffusion furnace, and a gentle heat treatment is performed for several tens of minutes in an N 2 atmosphere to increase the density of the interlayer insulating film 78. The heat treatment temperature at this time is appropriately selected within a temperature lower than the formation (thermal oxidation) temperature of the gate insulating film, for example, in the range of 900 ° C. to 1000 ° C.
(工程e)
次に、周知のフォトリソグラフィーとドライ、ウェット併用エッチング手段を用いて、基板71表側主面の層間絶縁膜78とゲート酸化膜75にソース窓79a、79bとゲート窓(素子領域外にあるため非表示)を開口する。このとき基板71の裏側主面の多結晶シリコン酸化膜85も同時に除去される。
(Process e)
Next, using known photolithography and dry / wet combined etching means, source window 79a, 79b and gate window (because it is outside the element region, non-existing in the interlayer insulating film 78 and the gate oxide film 75 on the main surface of the substrate 71). Open the display). At this time, the polycrystalline silicon oxide film 85 on the back main surface of the substrate 71 is also removed.
エッチングが終了したら、フォトレジストマスクが着いている基板71を超純水で十分すすぎ、乾燥して、直ちに、電子ビーム蒸着あるいはDCマクネトロンスパッタリングなどの成膜手段で基板表側主面にコンタクト母材を全面蒸着し、その後、フォトレジストを剥離すると、図10の(e)に示すように、ソース窓79a、79bとゲート窓の底部にのみコンタクト母材87a、87b(ゲート窓底部は非表示)を残した構造になる。コンタクト母材としては、たとえば、50nm厚のNiあるいはCoなどを用いることができるが、他の所望の材料でもよい。 After the etching is completed, the substrate 71 on which the photoresist mask is attached is sufficiently rinsed with ultrapure water, dried, and immediately contacted on the substrate main surface by a film forming means such as electron beam evaporation or DC magnetron sputtering. When the photoresist is peeled off after that, as shown in FIG. 10E, contact base materials 87a and 87b (not shown at the bottom of the gate window) are provided only at the bottom of the source windows 79a and 79b and the gate window. It becomes the structure that left. For example, Ni or Co having a thickness of 50 nm can be used as the contact base material, but other desired materials may be used.
(工程f)
次に、基板71を十分洗浄して乾燥させた後、表側主面全面に厚み1μm以上の保護用レジスト材(フォトレジストでよい)を塗布し、CF4とO2を用いたドライエッチングを行い、裏側主面の多結晶シリコン膜84を完全に除去する。つづいて、基板71を緩衝フッ酸溶液に浸漬し、裏側主面のSiO2膜98を除去し、基板裏面に清浄な結晶面を露出させる。
(Process f)
Next, after sufficiently cleaning and drying the substrate 71, a protective resist material (a photoresist may be used) having a thickness of 1 μm or more is applied to the entire front main surface, and dry etching using CF 4 and O 2 is performed. Then, the
そして、表側に保護用レジスト材が付いている基板71を十分に洗浄し、乾燥させたところで、速やかに高真空に維持された蒸着装置の中に据え付け、基板裏面に所望のコンタクト母材を蒸着する。この裏側主面コンタクト母材として、たとえば、50nm〜150nm厚のNi膜などを用いることができる。 Then, the substrate 71 with the protective resist material on the front side is sufficiently washed and dried, and then quickly installed in a deposition apparatus maintained at a high vacuum to deposit a desired contact matrix on the back surface of the substrate. To do. As this back side main surface contact base material, for example, a Ni film having a thickness of 50 nm to 150 nm can be used.
コンタクト母材89の成膜が終了したら、専用の剥離剤を用いて、表側の保護用レジストを完全に除去し、基板71を十分洗浄する。基板71を乾燥させたら、直ちに急速加熱処理装置に設置して、高純度Ar雰囲気で1000℃、2分間の熱処理(コンタクトアニール)を実施する。図11の(f)に示すように、この熱処理によって、ソース窓とゲート窓のコンタクト母材87a、87b(ゲート窓底部は非表示)と、基板裏面に形成したn++型ドレイン領域(高濃度不純物層)60上部のコンタクト母材が下地と固相反応し、過剰な炭素を含有するシリサイド電極としてのソース電極88a、88b、ドレイン電極89が形成されて、ソースとドレインに低抵抗のオーミックコンタクトが実現される(ゲート窓底部ゲートコンタクトも同時に形成されるがここでは非表示)。形成されたソース電極88a、88bとドレイン電極89は、ともに10−6Ωcm2台かそれ以下の極めて低いコンタクト抵抗を示す。
When film formation of the contact matrix 89 is completed, the protective resist on the front side is completely removed using a special release agent, and the substrate 71 is sufficiently washed. After the substrate 71 is dried, it is immediately installed in a rapid heat treatment apparatus, and heat treatment (contact annealing) is performed at 1000 ° C. for 2 minutes in a high-purity Ar atmosphere. As shown in FIG. 11 (f), this heat treatment allows contact base materials 87a and 87b (the bottom of the gate window is not shown) of the source window and the gate window, and an n ++ type drain region (high concentration) formed on the back surface of the substrate. Impurity layer) The contact base material at the upper part of the
(工程g)
コンタクトアニールが終了したところで、第1の実施の形態で説明した表面析出処理工程、炭素拡散工程または炭素濃化部除去工程(図2の(d))とグラファイト除去処理工程またはグラファイト・複合酸化物除去工程(図3の(e))を同様に行って、ソース電極88a、88b及びドレイン電極89から過剰な炭素を除去して、炭素低含有シリサイド電極としてのソース電極80a、80b及びドレイン電極81を形成し、図11の(g)に示した構造とする。
(Process g)
When the contact annealing is completed, the surface precipitation treatment step, carbon diffusion step or carbon concentrated portion removal step ((d) in FIG. 2) and the graphite removal treatment step or the graphite / composite oxide described in the first embodiment are performed. The removal step (FIG. 3E) is similarly performed to remove excess carbon from the source electrodes 88a and 88b and the drain electrode 89, and the
(工程h)
次に、基板71を十分洗浄し、乾燥した後、表側主面全面にDCマグネトロンスパッタリングなどで表側主面配線(表側主面上部導電体膜)材料、たとえばAlを成膜した後、フォトリソグラフィとドライエッチング技術(RIEなど)とでこれをパターニングして、フォトレジストを剥離し、洗浄して乾燥すると、図12の(h)に示すような表側主面配線82ができあがる。
(Process h)
Next, after the substrate 71 is sufficiently cleaned and dried, a front side main surface wiring (front side main surface upper conductor film) material, for example, Al is formed on the entire surface of the front side main surface by DC magnetron sputtering or the like. When this is patterned by a dry etching technique (such as RIE), the photoresist is peeled off, washed and dried, a front main surface wiring 82 as shown in FIG. 12 (h) is completed.
表側主面配線82とソース電極80a、80bの間に、両導体の付着力や接触抵抗、耐熱性を改善することを目的としたTiやTiN、TaNなどの導電体を挿入する場合には、これら材料を先に成膜してから上記表面側配線膜材料を成膜するようにする。なお、表面側配線膜材料がAlの場合には、Alと同じエッチャントガスでこれら材料も連続的にパタニングすることができる。
When inserting a conductor such as Ti, TiN, TaN for the purpose of improving the adhesion, contact resistance, and heat resistance of both conductors between the front-side main surface wiring 82 and the
(工程i)
最後に、基板71の裏側主面(ドレイン電極81の上)全面に、DCマグネトロンスパッタリングなどの手段を用いて、ダイボンド実装などに使用する裏側主面配線(裏側主面上部導電体膜)材料を蒸着して、裏面側配線61を形成すると、図8に示した構造の炭化珪素半導体装置縦型MOSFETが完成する。裏側主面配線材料の一例を挙げると、Ti(50nm厚)とNi(100nm厚)とAg(150nm厚)をこの順に積層したTi/Ni/Ag膜があるが、本発明はもちろんこれに限ったものではない。
(Process i)
Finally, a back main surface wiring (back main surface upper conductor film) material used for die bonding mounting or the like is applied to the entire back main surface (on the drain electrode 81) of the substrate 71 using means such as DC magnetron sputtering. When the rear surface side wiring 61 is formed by vapor deposition, a silicon carbide semiconductor device vertical MOSFET having the structure shown in FIG. 8 is completed. An example of the back side main surface wiring material is a Ti / Ni / Ag film in which Ti (50 nm thickness), Ni (100 nm thickness), and Ag (150 nm thickness) are laminated in this order. However, the present invention is of course limited to this. Not a thing.
基板71の表側主面と裏側主面両方に炭素低含有シリサイド電極がある第3の実施の形態の場合でも、シリサイド電極としてのソース電極80a、80bとドレイン電極81は、剥離の要因となる量の過剰炭素を除去した膜となっているから、デバイス完成後にシリサイド電極内部やシリサイド電極/上部導体膜界面にグラファイトが析出する現象は起こらない。よって、上部導体膜、すなわち、ソース電極やドレイン電極が剥離するという不良も起こらない。すなわち、本発明第3の実施の形態は、「上部導体膜が突然剥離して、デバイスの歩留まりを低下させる、デバイス完成後に故障を起こす」という問題を解決している、と言うことができる。
Even in the case of the third embodiment in which both the front main surface and the back main surface of the substrate 71 have low-carbon silicide electrodes, the
剥離の要因となる量の過剰な炭素を含まないシリサイド電極80a、80b、81の形成を可能にしたのは、第3の実施の形態の製造方法工程(工程g)において、ソース電極内やドレイン電極内の過剰炭素をグラファイトとして強制的に表面に析出させるとともに、表面に析出したグラファイトを除去する工程を設けたからである。
The
上記第3の実施の形態に基づいて、素子領域の面積が約0.25×0.25mm2のパワーMOSFET200個を製作して、温度サイクル試験を実施したところ、同時に製作した従来技術に基づく素子は多数が表側配線または裏側配線で剥離を起こし、95%以上の不良率だったのに対して、本発明に基づく素子では剥離はひとつも発生しなかった。 Based on the third embodiment, 200 power MOSFETs having an element region area of about 0.25 × 0.25 mm 2 were manufactured, and a temperature cycle test was conducted. A large number caused peeling on the front side wiring or the back side wiring, and the defect rate was 95% or more, whereas in the element according to the present invention, no peeling occurred.
1:n型SiC基板、3:上部導体膜、4:n−型エピタキシャル層、5:フィールド絶縁膜、6:開口部、7:ショットキー電極、8:表側主面配線、9a1、9a2、9a3、……9an:p型電界緩和領域、13:熱酸化膜、19:フォトレジストパターン、20:フォトレジスト、21:ショットキー電極材料、41:シリサイド電極、42:電極−導体面、43:シリサイド内部、44:グラファイト、50:コンタクト母材、51:シリサイド電極、52:炭素低含有シリサイド電極、53:グラファイト、54:グラファイト層、60:n++型ドレイン領域、61:裏側主面配線、70:素子領域、71:n+型SiC基板、72:n−型エピタキシャル層、73:n型エピタキシャル層、73a、73b:p型ベース領域、74a、74b:n+型ソース領域、75:ゲート酸化膜、75a、75b:p+型ベース領域、76:ゲート電極、77:多結晶シリコン酸化膜、78:層間絶縁膜、79a、79b:ソース窓、80a、80b:ソース電極、81:ドレイン電極、82:表側主面配線、84:多結晶シリコン膜、85:多結晶シリコン酸化膜、97:熱酸化膜、87a、87b:コンタクト母材、88a、88b:ソース電極、89:ドレイン電極、98:熱酸化膜、100:フィールド絶縁膜。 1: n-type SiC substrate, 3: upper conductor film, 4: n − type epitaxial layer, 5: field insulating film, 6: opening, 7: Schottky electrode, 8: front side main surface wiring, 9 a1 , 9 a2 , 9 a3 ,... 9 an : p-type electric field relaxation region, 13: thermal oxide film, 19: photoresist pattern, 20: photoresist, 21: Schottky electrode material, 41: silicide electrode, 42: electrode-conductor surface 43: Inside of silicide, 44: Graphite, 50: Contact base material, 51: Silicide electrode, 52: Silicide electrode with low carbon content, 53: Graphite, 54: Graphite layer, 60: n ++ type drain region, 61: Main back side surface wiring, 70: element region, 71: n + -type SiC substrate, 72: n - -type epitaxial layer, 73: n-type epitaxial layer, 73a, 73b: p-type base Source region, 74a, 74b: n + -type source region, 75: gate oxide film, 75a, 75b: p + -type base region, 76: gate electrode, 77: polycrystalline silicon oxide film, 78: interlayer insulating film, 79a, 79b: Source window, 80a, 80b: Source electrode, 81: Drain electrode, 82: Front side main surface wiring, 84: Polycrystalline silicon film, 85: Polycrystalline silicon oxide film, 97: Thermal oxide film, 87a, 87b: Contact Base material, 88a, 88b: source electrode, 89: drain electrode, 98: thermal oxide film, 100: field insulating film.
Claims (35)
前記シリサイド電極が、珪素の量よりも、モル数で比較して、少ない量の炭素を含有する炭素低含有シリサイド電極であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 In a silicon carbide semiconductor device having a silicide electrode formed by depositing a contact base material on a silicon carbide substrate and causing a solid phase reaction with the silicon carbide substrate, and an upper conductor film deposited on the silicide electrode,
The silicon carbide semiconductor device, wherein the silicide electrode is a low carbon content silicide electrode containing a smaller amount of carbon than the amount of silicon in terms of moles.
炭化珪素基板にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を被着させた炭化珪素基板を加熱し、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によってシリサイド電極を形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記コンタクトアニール工程によって生成した炭素の少なくとも一部を前記シリサイド電極の表面に析出させる工程である表面析出工程と、
前記表面析出工程によって前記シリサイド電極表面に析出した炭素である析出炭素を除去する工程である析出炭素除去工程と、
前記析出炭素除去工程後、前記表面析出工程によって炭素低含有シリサイド電極となっている前記シリサイド電極の表面に上部導体膜を被着させる工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 A silicon carbide semiconductor device manufacturing method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to claim 1,
Depositing a contact matrix on a silicon carbide substrate;
A contact annealing step which is a step of heating a silicon carbide substrate on which the contact base material is deposited and forming a silicide electrode by a solid phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate;
A surface deposition step which is a step of depositing at least part of the carbon generated by the contact annealing step on the surface of the silicide electrode;
A precipitated carbon removing step that is a step of removing precipitated carbon that is carbon deposited on the surface of the silicide electrode by the surface precipitation step;
And a step of depositing an upper conductor film on the surface of the silicide electrode that has become a low-carbon silicide electrode by the surface deposition step after the deposited carbon removing step. Method.
炭化珪素基板の表裏両主面を熱酸化膜で被覆する工程と、
前記炭化珪素基板の裏側主面における熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の裏側主面を露出させる工程と、
露出した前記裏側主面にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を被着させた炭化珪素基板を加熱し、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によってシリサイド電極を形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記コンタクトアニール工程によって生成した炭素の少なくとも一部を前記シリサイド電極の表面に析出させる工程である表面析出工程と、
前記表面析出工程によって前記シリサイド電極表面に析出した炭素である析出炭素を除去する工程である析出炭素除去工程と、
前記析出炭素除去工程後、前記表面析出工程によって炭素低含有シリサイド電極となっている前記シリサイド電極表面に上部導体膜を被着させる工程とを具有するとともに、
前記表面析出工程以降において、
前記炭化珪素基板の表側主面における熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の表側主面を露出させる工程と、
露出した前記表側主面にショットキー電極を形成する工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 A silicon carbide semiconductor device manufacturing method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to claim 4,
A process of covering both main surfaces of the silicon carbide substrate with a thermal oxide film;
Removing at least a portion of the thermal oxide film on the backside main surface of the silicon carbide substrate to expose the backside main surface of the silicon carbide substrate;
Depositing a contact matrix on the exposed backside main surface;
A contact annealing step which is a step of heating a silicon carbide substrate on which the contact base material is deposited and forming a silicide electrode by a solid phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate;
A surface deposition step which is a step of depositing at least part of the carbon generated by the contact annealing step on the surface of the silicide electrode;
A precipitated carbon removing step that is a step of removing precipitated carbon that is carbon deposited on the surface of the silicide electrode by the surface precipitation step;
A step of depositing an upper conductor film on the surface of the silicide electrode which has become a low carbon content silicide electrode by the surface deposition step after the deposited carbon removing step;
After the surface deposition step,
Removing at least a portion of the thermal oxide film on the front main surface of the silicon carbide substrate to expose the front main surface of the silicon carbide substrate;
Forming a Schottky electrode on the exposed front-side main surface. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
炭化珪素基板の表側主面に、順次、選択不純物イオン注入を施して、n+型ソース領域の前駆体領域と、p型ベース領域の前駆体領域と、p+型ベース領域の前駆体領域とを形成する工程と、
前記前駆体領域を熱処理によって活性化させて、n+型ソース領域と、p型ベース領域と、p+型ベース領域とを形成する工程と、
前記各領域を形成した前記炭化珪素基板の表裏両主面を熱酸化膜で被覆する工程と、
前記n+型ソース領域上部の前記熱酸化膜及び前記p+型ベース領域上部の前記熱酸化膜のそれぞれの少なくとも一部分を除去して前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域を露出させ、露出した前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記炭化珪素基板の裏側主面における前記熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の裏側主面を露出させ、露出した前記炭化珪素基板の裏側主面にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を表裏両主面に被着させた前記炭化珪素基板を加熱して、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によって、シリサイド電極である、前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域に接するソース電極と前記炭化珪素基板の裏側主面に接するドレイン電極とを形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記コンタクトアニール工程によって生成した炭素の少なくとも一部を前記シリサイド電極の表面に析出させる工程である表面析出工程と、
前記表面析出工程によって前記シリサイド電極表面に析出した炭素である析出炭素を除去する工程である析出炭素除去工程と、
前記析出炭素除去工程後、前記表面析出工程によって炭素低含有シリサイド電極となっている前記ソース電極の表面及び前記ドレイン電極の表面のそれぞれに上部導体膜を被着させる工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 A silicon carbide semiconductor device manufacturing method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to claim 5,
The front main surface of the silicon carbide substrate is sequentially subjected to selective impurity ion implantation to obtain a precursor region of an n + type source region, a precursor region of a p type base region, and a precursor region of a p + type base region Forming a step;
Activating the precursor region by heat treatment to form an n + type source region, a p type base region, and a p + type base region;
Coating the front and back main surfaces of the silicon carbide substrate in which each region is formed with a thermal oxide film;
The n + -type the thermal oxide film and the source region upper p + -type base region each removing at least a portion of the upper portion of the thermal oxide layer to expose the n + -type source regions and the p + -type base region, Depositing a contact matrix on the exposed n + -type source region and p + -type base region;
At least a portion of the thermal oxide film on the backside main surface of the silicon carbide substrate is removed to expose the backside main surface of the silicon carbide substrate, and a contact base material is deposited on the exposed backside main surface of the silicon carbide substrate. Process,
The n + -type source region, which is a silicide electrode, by heating the silicon carbide substrate having the contact base material deposited on both the front and back main surfaces, and solid-phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate And a contact annealing step, which is a step of forming a source electrode in contact with the p + type base region and a drain electrode in contact with the back main surface of the silicon carbide substrate,
A surface deposition step which is a step of depositing at least part of the carbon generated by the contact annealing step on the surface of the silicide electrode;
A precipitated carbon removing step that is a step of removing precipitated carbon that is carbon deposited on the surface of the silicide electrode by the surface precipitation step;
A step of depositing an upper conductor film on each of the surface of the source electrode and the surface of the drain electrode, which has become a low-carbon silicide electrode by the surface deposition step, after the deposited carbon removing step. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記遷移金属シリサイド中の炭素濃度が炭化珪素基板から離れる方向に沿って減少するか、または、前記遷移金属シリサイドの前記金属膜と接する部分における炭素原子濃度が30at%以下であることを特徴とする炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体。 A junction of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device,
The carbon concentration in the transition metal silicide decreases along the direction away from the silicon carbide substrate, or the carbon atom concentration in the portion of the transition metal silicide in contact with the metal film is 30 at% or less. A joined body of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device.
炭化珪素基板に遷移金属のコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を被着させた炭化珪素基板を加熱し、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によって遷移金属シリサイドであるシリサイド電極を形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記シリサイド電極中の炭素濃度プロファイルを、前記炭化珪素基板から離れる方向に沿って炭素濃度が減少する形に改変する工程である炭素拡散工程と、
前記シリサイド電極の表面のグラファイトと複合酸化物とを除去する工程と、
前記シリサイド電極の表面に上部導体膜を被着させる工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体の製造方法。 A method of manufacturing a joined body of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device,
Depositing a transition metal contact matrix on a silicon carbide substrate;
A contact annealing step which is a step of heating a silicon carbide substrate on which the contact base material is deposited and forming a silicide electrode which is a transition metal silicide by a solid phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate;
A carbon diffusion step, which is a step of modifying the carbon concentration profile in the silicide electrode into a form in which the carbon concentration decreases along a direction away from the silicon carbide substrate;
Removing the graphite and the composite oxide on the surface of the silicide electrode;
And a step of depositing an upper conductor film on the surface of the silicide electrode. A method of manufacturing a joined body of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device.
炭化珪素基板に遷移金属のコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を被着させた炭化珪素基板を加熱し、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によって遷移金属シリサイドであるシリサイド電極を形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記炭化珪素基板から前記シリサイド電極表面の間に存在する炭素濃度極大領域を除去する工程である炭素濃化部除去工程と、
前記シリサイド電極の表面のグラファイトと複合酸化物とを除去する工程と、
前記シリサイド電極の表面に上部導体膜を被着させる工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置中の遷移金属シリサイドと金属膜との接合体の製造方法。 A method of manufacturing a joined body of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device,
Depositing a transition metal contact matrix on a silicon carbide substrate;
A contact annealing step which is a step of heating a silicon carbide substrate on which the contact base material is deposited and forming a silicide electrode which is a transition metal silicide by a solid phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate;
A carbon enriched portion removing step which is a step of removing a carbon concentration maximum region existing between the silicide electrode surfaces from the silicon carbide substrate;
Removing the graphite and the composite oxide on the surface of the silicide electrode;
And a step of depositing an upper conductor film on the surface of the silicide electrode. A method of manufacturing a joined body of a transition metal silicide and a metal film in a silicon carbide semiconductor device.
炭化珪素基板の表裏両主面を熱酸化膜で被覆する工程と、
前記炭化珪素基板の裏側主面における熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の裏側主面を露出させる工程と、
露出した前記裏側主面にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を被着させた炭化珪素基板を加熱し、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によってシリサイド電極を形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記シリサイド電極中の炭素濃度プロファイルを、前記炭化珪素基板から離れる方向に沿って炭素濃度が減少する形に改変する工程である炭素拡散工程と、
前記シリサイド電極の表面のグラファイトと複合酸化物とを除去する工程と、
前記炭素拡散工程後、炭素低含有シリサイド電極となっている前記シリサイド電極表面に上部導体膜を被着させる工程とを具有するとともに、
前記炭素拡散工程以降において、
前記炭化珪素基板の表側主面における熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の表側主面を露出させる工程と、
露出した前記表側主面にショットキー電極を形成する工程とを具有することを特徴とする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 process of covering both main surfaces of the silicon carbide substrate with a thermal oxide film;
Removing at least a portion of the thermal oxide film on the backside main surface of the silicon carbide substrate to expose the backside main surface of the silicon carbide substrate;
Depositing a contact matrix on the exposed backside main surface;
A contact annealing step which is a step of heating a silicon carbide substrate on which the contact base material is deposited and forming a silicide electrode by a solid phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate;
A carbon diffusion step, which is a step of modifying the carbon concentration profile in the silicide electrode into a form in which the carbon concentration decreases along a direction away from the silicon carbide substrate;
Removing the graphite and the composite oxide on the surface of the silicide electrode;
After the carbon diffusion step, and having a step of depositing an upper conductor film on the silicide electrode surface that is a low carbon content silicide electrode,
After the carbon diffusion step,
Removing at least a portion of the thermal oxide film on the front main surface of the silicon carbide substrate to expose the front main surface of the silicon carbide substrate;
Forming a Schottky electrode on the exposed front-side main surface. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
炭化珪素基板の表裏両主面を熱酸化膜で被覆する工程と、
前記炭化珪素基板の裏側主面における熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の裏側主面を露出させる工程と、
露出した前記裏側主面にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を被着させた炭化珪素基板を加熱し、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によってシリサイド電極を形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記炭化珪素基板から前記シリサイド電極表面の間に存在する炭素濃度極大領域を除去する工程である炭素濃化部除去工程と、
前記シリサイド電極の表面のグラファイトと複合酸化物とを除去する工程と、
前記炭素濃化部除去工程後、炭素低含有シリサイド電極となっている前記シリサイド電極表面に上部導体膜を被着させる工程とを具有するとともに、
前記炭素濃化部除去工程以降において、
前記炭化珪素基板の表側主面における熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の表側主面を露出させる工程と、
露出した前記表側主面にショットキー電極を形成する工程とを具有することを特徴とする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 process of covering both main surfaces of the silicon carbide substrate with a thermal oxide film;
Removing at least a portion of the thermal oxide film on the backside main surface of the silicon carbide substrate to expose the backside main surface of the silicon carbide substrate;
Depositing a contact matrix on the exposed backside main surface;
A contact annealing step which is a step of heating a silicon carbide substrate on which the contact base material is deposited and forming a silicide electrode by a solid phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate;
A carbon enriched portion removing step which is a step of removing a carbon concentration maximum region existing between the silicide electrode surfaces from the silicon carbide substrate;
Removing the graphite and the composite oxide on the surface of the silicide electrode;
And a step of depositing an upper conductor film on the surface of the silicide electrode which is a low carbon content silicide electrode after the carbon enriched portion removing step,
After the carbon enrichment removal step,
Removing at least a portion of the thermal oxide film on the front main surface of the silicon carbide substrate to expose the front main surface of the silicon carbide substrate;
Forming a Schottky electrode on the exposed front-side main surface. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
炭化珪素基板の表側主面に、順次、選択不純物イオン注入を施して、n+型ソース領域の前駆体領域と、p型ベース領域の前駆体領域と、p+型ベース領域の前駆体領域とを形成する工程と、
前記前駆体領域を熱処理によって活性化させて、n+型ソース領域と、p型ベース領域と、p+型ベース領域とを形成する工程と、
前記各領域を形成した前記炭化珪素基板の表裏両主面を熱酸化膜で被覆する工程と、
前記n+型ソース領域上部の前記熱酸化膜及び前記p+型ベース領域上部の前記熱酸化膜のそれぞれの少なくとも一部分を除去して前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域を露出させ、露出した前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記炭化珪素基板の裏側主面における前記熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の裏側主面を露出させ、露出した前記炭化珪素基板の裏側主面にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を表裏両主面に被着させた前記炭化珪素基板を加熱して、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によって、シリサイド電極である、前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域に接するソース電極と前記炭化珪素基板の裏側主面に接するドレイン電極とを形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記シリサイド電極中の炭素濃度プロファイルを、前記炭化珪素基板から離れる方向に沿って炭素濃度が減少する形に改変する工程である炭素拡散工程と、
前記シリサイド電極の表面のグラファイトと複合酸化物とを除去する工程と、
前記炭素拡散工程後、炭素低含有シリサイド電極となっている前記ソース電極の表面及び前記ドレイン電極の表面のそれぞれに上部導体膜を被着させる工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
The front main surface of the silicon carbide substrate is sequentially subjected to selective impurity ion implantation to obtain a precursor region of an n + type source region, a precursor region of a p type base region, and a precursor region of a p + type base region Forming a step;
Activating the precursor region by heat treatment to form an n + type source region, a p type base region, and a p + type base region;
Coating the front and back main surfaces of the silicon carbide substrate in which each region is formed with a thermal oxide film;
The n + -type the thermal oxide film and the source region upper p + -type base region each removing at least a portion of the upper portion of the thermal oxide layer to expose the n + -type source regions and the p + -type base region, Depositing a contact matrix on the exposed n + -type source region and p + -type base region;
At least a portion of the thermal oxide film on the backside main surface of the silicon carbide substrate is removed to expose the backside main surface of the silicon carbide substrate, and a contact base material is deposited on the exposed backside main surface of the silicon carbide substrate. Process,
The n + -type source region, which is a silicide electrode, by heating the silicon carbide substrate having the contact base material deposited on both the front and back main surfaces, and solid-phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate And a contact annealing step, which is a step of forming a source electrode in contact with the p + type base region and a drain electrode in contact with the back main surface of the silicon carbide substrate,
A carbon diffusion step, which is a step of modifying the carbon concentration profile in the silicide electrode into a form in which the carbon concentration decreases along a direction away from the silicon carbide substrate;
Removing the graphite and the composite oxide on the surface of the silicide electrode;
And a step of depositing an upper conductor film on each of the surface of the source electrode and the surface of the drain electrode which are low-carbon silicide electrodes after the carbon diffusion step. Manufacturing method.
炭化珪素基板の表側主面に、順次、選択不純物イオン注入を施して、n+型ソース領域の前駆体領域と、p型ベース領域の前駆体領域と、p+型ベース領域の前駆体領域とを形成する工程と、
前記前駆体領域を熱処理によって活性化させて、n+型ソース領域と、p型ベース領域と、p+型ベース領域とを形成する工程と、
前記各領域を形成した前記炭化珪素基板の表裏両主面を熱酸化膜で被覆する工程と、
前記n+型ソース領域上部の前記熱酸化膜及び前記p+型ベース領域上部の前記熱酸化膜のそれぞれの少なくとも一部分を除去して前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域を露出させ、露出した前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記炭化珪素基板の裏側主面における前記熱酸化膜の少なくとも一部分を除去して前記炭化珪素基板の裏側主面を露出させ、露出した前記炭化珪素基板の裏側主面にコンタクト母材を被着させる工程と、
前記コンタクト母材を表裏両主面に被着させた前記炭化珪素基板を加熱して、前記コンタクト母材と前記炭化珪素基板との固相反応によって、シリサイド電極である、前記n+型ソース領域及びp+型ベース領域に接するソース電極と前記炭化珪素基板の裏側主面に接するドレイン電極とを形成する工程であるコンタクトアニール工程と、
前記炭化珪素基板から前記シリサイド電極表面の間に存在する炭素濃度極大領域を除去する工程である炭素濃化部除去工程と、
前記シリサイド電極の表面のグラファイトと複合酸化物とを除去する工程と、
前記炭素濃化部除去工程後、炭素低含有シリサイド電極となっている前記ソース電極の表面及び前記ドレイン電極の表面のそれぞれに上部導体膜を被着させる工程とを具有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
The front main surface of the silicon carbide substrate is sequentially subjected to selective impurity ion implantation to obtain a precursor region of an n + type source region, a precursor region of a p type base region, and a precursor region of a p + type base region Forming a step;
Activating the precursor region by heat treatment to form an n + type source region, a p type base region, and a p + type base region;
Coating the front and back main surfaces of the silicon carbide substrate in which each region is formed with a thermal oxide film;
The n + -type the thermal oxide film and the source region upper p + -type base region each removing at least a portion of the upper portion of the thermal oxide layer to expose the n + -type source regions and the p + -type base region, Depositing a contact matrix on the exposed n + -type source region and p + -type base region;
At least a portion of the thermal oxide film on the backside main surface of the silicon carbide substrate is removed to expose the backside main surface of the silicon carbide substrate, and a contact base material is deposited on the exposed backside main surface of the silicon carbide substrate. Process,
The n + -type source region, which is a silicide electrode, by heating the silicon carbide substrate having the contact base material deposited on both the front and back main surfaces, and solid-phase reaction between the contact base material and the silicon carbide substrate And a contact annealing step, which is a step of forming a source electrode in contact with the p + type base region and a drain electrode in contact with the back main surface of the silicon carbide substrate,
A carbon enriched portion removing step which is a step of removing a carbon concentration maximum region existing between the silicide electrode surfaces from the silicon carbide substrate;
Removing the graphite and the composite oxide on the surface of the silicide electrode;
And after the carbon enriched portion removing step, a step of depositing an upper conductor film on each of the surface of the source electrode and the surface of the drain electrode which are low-carbon silicide electrodes. A method for manufacturing a silicon semiconductor device.
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