JP2007335432A - Semiconductor device and its fabrication process - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン基板の裏面に裏面電極が形成されている縦型の半導体装置とその製造方法に関する。ここでいう縦型の半導体装置とは、一対の主電極が、シリコン基板の表面と裏面に分かれて形成されているものをいう。 The present invention relates to a vertical semiconductor device in which a back electrode is formed on the back surface of a silicon substrate and a method for manufacturing the same. The vertical semiconductor device here refers to a device in which a pair of main electrodes are formed separately on the front surface and the back surface of a silicon substrate.
半導体装置は、複数の半導体領域が作り込まれているシリコン基板を備えている。例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、ダイオード等の半導体装置は、各々の半導体領域の形状、位置関係及び不純物濃度等を工夫することによって作り分けられる。縦型の半導体装置は、シリコン基板の裏面に形成されている裏面電極を備えている。縦型のIGBTの場合、シリコン基板の裏面部にp型の不純物を含むコレクタ領域が形成されており、そのシリコン基板の裏面にコレクタ電極が形成されている。 The semiconductor device includes a silicon substrate in which a plurality of semiconductor regions are formed. For example, semiconductor devices such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), and diodes can be created by devising the shape, positional relationship, impurity concentration, etc. of each semiconductor region. The vertical semiconductor device includes a back electrode formed on the back surface of the silicon substrate. In the case of a vertical IGBT, a collector region containing p-type impurities is formed on the back surface of a silicon substrate, and a collector electrode is formed on the back surface of the silicon substrate.
特許文献1及び特許文献2には、複数の導電層を備えているコレクタ電極が開示されている。この種のコレクタ電極は、シリコン基板の裏面から順に、第1導電層と、第2導電層と、第3導電層を備えている。第1導電層は、アルミニウムを含んでいる。第2導電層は、チタンを含んでいる。第3導電層は、ニッケルを含んでいる。第1導電層は、コレクタ領域とのコンタクト性を改善するために用いられる。第2導電層は、第1導電層と第3導電層の接着性を改善するとともに、第3導電層のニッケルが第1導電層に侵入することを防止するために用いられる。第3導電層は、はんだとの接着性を改善するために用いられる。 Patent Documents 1 and 2 disclose a collector electrode having a plurality of conductive layers. This type of collector electrode includes a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer in order from the back surface of the silicon substrate. The first conductive layer contains aluminum. The second conductive layer contains titanium. The third conductive layer contains nickel. The first conductive layer is used to improve the contact property with the collector region. The second conductive layer is used to improve the adhesion between the first conductive layer and the third conductive layer and to prevent nickel in the third conductive layer from entering the first conductive layer. The third conductive layer is used to improve the adhesion with the solder.
この種の半導体装置では、はんだを溶融するときの熱負荷がコレクタ電極に加わると、シリコン基板の裏面部のシリコンの一部が第1導電層に移動し、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が多量に発生してしまう。この現象を回避するために、第1導電層にシリコンを導入する工夫も知られている。しかしながら、第1導電層がシリコンを含んでいたとしても、シリコン基板の裏面部のシリコンの一部が第1導電層に移動する現象を回避することができず、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が多量に発生してしまう。
本発明者らは、この種の裏面電極に関して詳細に検討したところ、第1導電層と第2導電層の界面近傍に、シリコンが高濃度に分布していることを見出した。この局所的な分布は、第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層のチタンと強固に結合するためであると推測される。即ち、第1導電層に含まれるシリコンは、第2導電層との界面まで移動していると考えられる。第1導電層に含まれるシリコンが第2導電層との界面まで移動すると、第1導電層のうちシリコン基板と接する側のシリコン濃度が減少してしまう。シリコン基板の裏面に窪み(ピット)が発生する現象は、第1導電層のシリコン濃度の減少分を補うために、シリコン基板の裏面部のシリコンの一部が、第1導電層に移動するからだと推測される。本発明者らは、上記の新たな知見に基づいて、本発明を創作することに成功したのである。
本発明は、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が発生しづらい半導体装置及びその製造方法を提供する。
In this type of semiconductor device, when a heat load for melting the solder is applied to the collector electrode, a part of the silicon on the back surface of the silicon substrate moves to the first conductive layer, and a recess (pit) is formed on the back surface of the silicon substrate. ) Occurs in large quantities. In order to avoid this phenomenon, a device for introducing silicon into the first conductive layer is also known. However, even if the first conductive layer contains silicon, a phenomenon in which a part of silicon on the back surface portion of the silicon substrate moves to the first conductive layer cannot be avoided, and a depression ( A lot of pits occur.
The present inventors have studied in detail about this type of back electrode, and have found that silicon is distributed in a high concentration near the interface between the first conductive layer and the second conductive layer. This local distribution is presumed to be because silicon contained in the first conductive layer is firmly bonded to titanium of the second conductive layer. That is, it is considered that silicon contained in the first conductive layer has moved to the interface with the second conductive layer. When silicon contained in the first conductive layer moves to the interface with the second conductive layer, the silicon concentration on the side in contact with the silicon substrate in the first conductive layer decreases. The phenomenon that the pits are formed on the back surface of the silicon substrate is that a part of the silicon on the back surface of the silicon substrate moves to the first conductive layer in order to compensate for the decrease in the silicon concentration of the first conductive layer. It is guessed. The present inventors have succeeded in creating the present invention based on the above-mentioned new findings.
The present invention provides a semiconductor device in which a recess (pit) is unlikely to be generated on the back surface of a silicon substrate, and a method for manufacturing the same.
本発明では、第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層のチタンと結合するのを抑制することによって、第1導電層のうちのシリコン基板に接する側のシリコン濃度が減少するのを抑制し、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が発生するのを抑制する。シリコンとチタンが結合するのを抑制するために、第2導電層は、少なくとも第1導電層と接する界面を含む部分にシリコン又は窒素をさらに含む混合層を備えている。混合層のチタンは、予めシリコン又は窒素と結合している。したがって、熱負荷が裏面電極に加わったとしても、第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層に含まれるチタンと結合することが抑制される。これにより、第1導電層のうちのシリコン基板と接する側のシリコン濃度は濃く維持され、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が発生するのを抑制することができる。
なお、混合層は、第2導電層のうち、少なくとも第1導電層との界面を含む部分に形成されていればよい。混合層は、シリコン基板の厚み方向に直交する面内において、分散した状態で形成されていてもよい。この場合でも、混合層が無い場合に比して、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が発生するのを抑制することができる。また、第2導電層の全体が、シリコン又は窒素を含んでいてもよい。即ち、混合層が第2導電層の全体に亘って形成されていてもよい。
In the present invention, by suppressing the silicon contained in the first conductive layer from being combined with titanium in the second conductive layer, the silicon concentration on the side of the first conductive layer in contact with the silicon substrate is reduced. To suppress the formation of a pit in the back surface of the silicon substrate. In order to suppress bonding of silicon and titanium, the second conductive layer includes a mixed layer further including silicon or nitrogen at least in a portion including an interface in contact with the first conductive layer. The titanium in the mixed layer is previously bonded to silicon or nitrogen. Therefore, even if a thermal load is applied to the back electrode, the silicon contained in the first conductive layer is suppressed from being combined with the titanium contained in the second conductive layer. Thereby, the silicon concentration on the side in contact with the silicon substrate in the first conductive layer is kept high, and it is possible to suppress the formation of depressions (pits) in the back surface of the silicon substrate.
In addition, the mixed layer should just be formed in the part including the interface with a 1st conductive layer at least among 2nd conductive layers. The mixed layer may be formed in a dispersed state in a plane orthogonal to the thickness direction of the silicon substrate. Even in this case, it is possible to suppress the formation of depressions (pits) in the back surface portion of the silicon substrate as compared with the case where there is no mixed layer. Further, the entire second conductive layer may contain silicon or nitrogen. That is, the mixed layer may be formed over the entire second conductive layer.
本発明は、シリコン基板の裏面に裏面電極が形成されている縦型の半導体装置に具現化することができる。本発明の裏面電極は、シリコン基板の裏面から順に、第1導電層と、第2導電層と、第3導電層を備えている。第1導電層は、アルミニウムとシリコンを含んでいる。第2導電層は、チタンを含むとともに、少なくとも第1導電層と接する界面を含む部分にシリコン又は窒素をさらに含む混合層を有している。第3導電層は、ニッケルを含んでいる。
第2導電層の混合層は、第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層に含まれるチタンと結合することを抑制する。これにより、第1導電層のうちシリコン基板に接する側のシリコン濃度を濃く維持することができるので、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が発生するのを抑制することができる。
The present invention can be embodied in a vertical semiconductor device in which a back electrode is formed on the back surface of a silicon substrate. The back electrode of this invention is equipped with the 1st conductive layer, the 2nd conductive layer, and the 3rd conductive layer in order from the back surface of the silicon substrate. The first conductive layer contains aluminum and silicon. The second conductive layer includes titanium, and has a mixed layer further including silicon or nitrogen in a portion including at least an interface in contact with the first conductive layer. The third conductive layer contains nickel.
The mixed layer of the second conductive layer suppresses bonding of silicon contained in the first conductive layer with titanium contained in the second conductive layer. Thereby, since the silicon concentration on the side in contact with the silicon substrate in the first conductive layer can be maintained high, it is possible to suppress the formation of pits on the back surface of the silicon substrate.
第2導電層の混合層がシリコンとチタンを含んでいる場合、混合層のシリコン/チタンの原子比は、0.3〜2.0であることが好ましい。
原子比が0.3を超えていると、第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層に含まれるチタンと結合することを実効的に抑制することができる。原子比が2.0の状態は、チタンに対してシリコンが飽和している状態である。原子比が0.3以上の範囲であれば、より大きい方が好ましい。第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層に含まれるチタンと結合することをより抑制することができる。
When the mixed layer of the second conductive layer contains silicon and titanium, the silicon / titanium atomic ratio of the mixed layer is preferably 0.3 to 2.0.
When the atomic ratio exceeds 0.3, it is possible to effectively suppress silicon contained in the first conductive layer from being bonded to titanium contained in the second conductive layer. When the atomic ratio is 2.0, silicon is saturated with respect to titanium. If the atomic ratio is in the range of 0.3 or more, it is preferably larger. It can suppress more that the silicon contained in the 1st conductive layer couple | bonds with the titanium contained in the 2nd conductive layer.
第2導電層の混合層が窒素とチタンを含んでいる場合、混合層の窒素/チタンの原子比は、0.5〜1.0であることが好ましい。
原子比が0.5を超えていると、第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層に含まれるチタンと結合することを実効的に抑制することができる。原子比が1.0の状態は、チタンに対して窒素が飽和している状態である。原子比が0.5以上の範囲であれば、より大きい方が好ましい。第1導電層に含まれるシリコンが、第2導電層に含まれるチタンと結合することをより抑制することができる。
When the mixed layer of the second conductive layer contains nitrogen and titanium, the nitrogen / titanium atomic ratio of the mixed layer is preferably 0.5 to 1.0.
When the atomic ratio exceeds 0.5, it is possible to effectively suppress the silicon contained in the first conductive layer from being bonded to titanium contained in the second conductive layer. The state where the atomic ratio is 1.0 is a state where nitrogen is saturated with respect to titanium. If the atomic ratio is in the range of 0.5 or more, it is preferably larger. It can suppress more that the silicon contained in the 1st conductive layer couple | bonds with the titanium contained in the 2nd conductive layer.
本発明は、シリコン基板の裏面部にp型の不純物を含むコレクタ領域を有し、そのシリコン基板の裏面にコレクタ電極が形成されている縦型のIGBTに具現化することができる。本発明のコレクタ電極は、シリコン基板の裏面から順に、第1導電層と、第2導電層と、第3導電層を備えている。第1導電層は、アルミニウムとシリコンを含んでいる。第2導電層は、チタンを含むとともに、少なくとも第1導電層と接する界面を含む部分にシリコン又は窒素をさらに含む混合層を有している。第3導電層は、ニッケルを含んでいる。
IGBTのコレクタ領域に窪み(ピット)が形成されてしまうと、IGBTの特性は著しく悪化する。したがって、本発明の技術がIGBTに用いられると、極めて有用な効果を発揮することができる。
The present invention can be embodied in a vertical IGBT having a collector region containing a p-type impurity on the back surface of a silicon substrate and having a collector electrode formed on the back surface of the silicon substrate. The collector electrode of this invention is equipped with the 1st conductive layer, the 2nd conductive layer, and the 3rd conductive layer in order from the back surface of the silicon substrate. The first conductive layer contains aluminum and silicon. The second conductive layer includes titanium, and has a mixed layer further including silicon or nitrogen in a portion including at least an interface in contact with the first conductive layer. The third conductive layer contains nickel.
If a depression (pit) is formed in the collector region of the IGBT, the characteristics of the IGBT are significantly deteriorated. Therefore, when the technique of the present invention is used for an IGBT, an extremely useful effect can be exhibited.
本発明は、シリコン基板の裏面に裏面電極が形成されている縦型の半導体装置を製造する方法を提供することができる。本発明の製造方法は、スパッタ法を利用して、シリコン基板の裏面にアルミニウムとシリコンを含む第1導電層を形成する第1工程を備えている。本発明はさらに、スパッタ法を利用して、その第1導電層上にチタンを含む第2導電層を形成する第2工程を備えている。本発明はさらに、スパッタ法を利用して、その第2導電層上にニッケルを含む第3導電層を形成する第3工程を備えている。本発明の第2工程では、少なくとも第1導電層と接する界面を含む部分に、シリコン又は窒素をさらに含む混合層を形成することを特徴としている。
上記の製造方法では、少なくとも第2工程の初期段階において、チタンに加えてシリコン又は窒素をさらに供給しながら第2導電層を形成することによって、チタンとシリコン、又はチタンと窒素を含む混合層を形成することができる。上記の製造方法を利用すると、本発明の半導体装置を得ることができる。
The present invention can provide a method of manufacturing a vertical semiconductor device in which a back electrode is formed on the back surface of a silicon substrate. The manufacturing method of the present invention includes a first step of forming a first conductive layer containing aluminum and silicon on the back surface of a silicon substrate using a sputtering method. The present invention further includes a second step of forming a second conductive layer containing titanium on the first conductive layer using a sputtering method. The present invention further includes a third step of forming a third conductive layer containing nickel on the second conductive layer using a sputtering method. The second step of the present invention is characterized in that a mixed layer further containing silicon or nitrogen is formed at least in a portion including an interface in contact with the first conductive layer.
In the above manufacturing method, at least in the initial stage of the second step, the second conductive layer is formed while further supplying silicon or nitrogen in addition to titanium, whereby the mixed layer containing titanium and silicon or titanium and nitrogen is formed. Can be formed. By using the above manufacturing method, the semiconductor device of the present invention can be obtained.
本発明によると、シリコン基板の裏面部に窪み(ピット)が発生しづらい半導体装置を提供することができる。本発明はさらに、そうした半導体装置を製造する方法をも提供する。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device in which depressions (pits) are hardly generated on the back surface portion of the silicon substrate. The present invention further provides a method of manufacturing such a semiconductor device.
本発明の特徴を列記する。
(第1形態) 本発明の半導体装置には、IGBT、MOSFET、ダイオード、MOSサイリスタ、ショットキーダイオード等が含まれる。
(第2形態) 半導体装置がIGBTの場合、コレクタ領域の厚みが、0.1〜1.0μmに調整されているのが好ましい。この種のコレクタ領域を有する半導体装置は、スイッチング時の損失を低減することができる。また、このような薄いコレクタ領域を備える半導体装置では、混合層を有する第2導電層を設けることによって、極めて有用な効果を発揮する。
The features of the present invention are listed.
(First Embodiment) The semiconductor device of the present invention includes an IGBT, a MOSFET, a diode, a MOS thyristor, a Schottky diode, and the like.
(2nd form) When a semiconductor device is IGBT, it is preferable that the thickness of a collector area | region is adjusted to 0.1-1.0 micrometer. A semiconductor device having this type of collector region can reduce loss during switching. Further, in a semiconductor device having such a thin collector region, a very useful effect is exhibited by providing the second conductive layer having a mixed layer.
図1に、半導体装置10の要部断面図を模式的に示す。半導体装置10は、パンチスルー型(PT)のIGBTである。半導体装置10は、後の製造方法において説明するように、Rawウェハを用いて形成された薄板構造を備えている。なお、図1において、繰返しの構造に関しては、図示の明瞭化のために符号を省略する。
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the
半導体装置10は、シリコン基板30の裏面にコレクタ電極20を備えている。コレクタ電極20は、シリコン基板30の裏面から順に、第1導電層28と、第2導電層26と、第3導電層24を備えている。第2導電層26は、第1導電層28と第3導電層24を隔てている。第3導電層24は、金(Au)を含む被覆層22で被覆されている。
The
第1導電層28は、アルミニウムとシリコンを含んでいる。第2導電層26は、第1導電層28側に形成されている混合層26bと、第3導電層24側に形成されている非混合層26aを備えている。混合層26bは、チタンとシリコンを含んでいる。非混合層26aは、チタンを含んでいる。第2導電層26は、主としてチタンを含んでいる。混合層26bは、チタンに加えてシリコンを含んでいる点において、非混合層26aから区別される。混合層26bは、第2導電層26のうち、少なくとも第1導電層28と接する界面を含む部分に形成されている。第3導電層24は、ニッケルを含んでいる。
第1導電層28は、コレクタ領域32とのコンタクト性を改善するために用いられる。第2導電層26は、第1導電層28と第3導電層24の接着性を改善するとともに、第3導電層24のニッケルが第1導電層28に侵入することを防止するために用いられる。第3導電層24は、はんだとの接着性を改善するために用いられる。被覆層22は、はんだとの濡れ性を改善するために用いられる。
The first
The first
半導体装置10は、シリコン基板30に形成されている複数の半導体領域によって構成されている。シリコン基板30の裏面部には、p型の不純物(典型的にはボロン)を高濃度に含むコレクタ領域32が形成されている。コレクタ領域32の不純物濃度は、概ね1×1015〜1×1018cm-3に調整されている。コレクタ領域32の厚み32aは、概ね0.1〜0.8μmに調整されている。コレクタ領域32の不純物濃度及び厚み32aは、オン状態において供給される正孔量が少なくなるように調整されているのが好ましい。供給される正孔量が少ないと、スイッチング時の損失を低減することができる。上記の数値範囲であれば、供給される正孔量を少なくすることができる。
The
コレクタ領域32上には、n型の不純物(典型的にはリン)を高濃度に含むバッファ領域34が形成されている。バッファ領域34の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1019cm-3に調整されている。バッファ領域34の厚みは、概ね0.2〜0.6μmに調整されている。バッファ領域34は、半導体装置10がオフしたときに、ボディ領域38とドリフト領域36のpn界面から伸展してくる空乏層が伸びるのを停止させ、空乏層がコレクタ領域32に達するのを防止する。
A
バッファ領域34上には、n型の不純物(典型的にはリン)を低濃度に含むドリフト領域36が形成されている。ドリフト領域36の不純物濃度は、概ね1×1013〜1×1015cm-3に調整されている。ドリフト領域36の厚みは、概ね70〜160μmに調整されている。ドリフト領域36の厚みは、半導体装置10に要求される耐圧に応じて調整される。
A
ドリフト領域38上には、p型の不純物(典型的にはボロン)を含むボディ領域38が形成されている。ボディ領域38の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3に調整されている。ボディ領域38の厚みは、概ね1.5〜4.0μmに調整されている。
A
ボディ領域38の表面部には、n型の不純物(典型的にはリン)を高濃度に含むエミッタ領域42が選択的に形成されている。エミッタ領域42は、ボディ領域38によってドリフト領域36から隔てられている。エミッタ領域42の不純物濃度は、概ね1×1018〜1×1020cm-3に調整されている。
On the surface portion of the
半導体装置10は、トレンチゲート電極46を備えている。トレンチゲート電極46は、ボディ領域38の表面からドリフト領域36にまで達している。トレンチゲート電極46は、エミッタ領域42とドリフト領域36を隔てているボディ領域38に、ゲート絶縁膜44を介して対向している。トレンチゲート電極46には、ポリシリコンが用いられている。ゲート絶縁膜44には、酸化シリコンが用いられている。
The
ボディ領域38上には、アルミニウムを含むエミッタ電極52が形成されている。エミッタ電極52は、ボディ領域38及びエミッタ領域42に電気的に接続されている。エミッタ電極52とトレンチゲート電極46は、層間絶縁膜48によって隔てられている。
On the
ここで、比較のために、図5に従来の半導体装置100の要部断面図を模式的に示す。なお、図1の半導体装置10と同一の構成要素に関しては同一符号を付す。従来の半導体装置100の第2導電層126は、一つの層のみで構成されている。従来の半導体装置100の第2導電層126は、チタンのみを含んでいる。このため、第1導電層28と第2導電層126の界面126cの近傍には、シリコンが高濃度に分布している。この局所的な分布は、はんだを溶融するときの熱負荷がコレクタ電極120に加わると、第1導電層28に含まれるシリコンが、界面126cまで移動し、第2導電層126のチタンと強固に結合(シリサイド反応)するためであるだと推測される。このため、第1導電層28のうちシリコン基板30に接する側のシリコン濃度が減少する。このシリコン濃度の減少分を補うために、シリコン基板30の裏面部のシリコンの一部が、第1導電層28に移動する。これにより、従来の半導体装置100では、シリコン基板30の裏面部に窪み(ピット)が多量に発生してしまう。窪み(ピット)の高さは、0.2〜0.8μmにまで達することもある。
特に、薄板構造の半導体装置100の場合、窪み(ピット)の発生は大きな問題になる。スイッチング時の損失を低減するためには、コレクタ領域32の厚み32aを1μmよりも薄く調整することが望ましい。しかしながら、このような薄いコレクタ領域32の場合、窪み(ピット)がコレクタ領域32を貫通してバッファ領域34にまで達し、裏面電極120とバッファ領域34が短絡する。裏面電極120とバッファ領域34が短絡すると、半導体装置100の耐圧は急激に悪化してしまう。このため、薄板構造の半導体装置100の場合、窪み(ピット)の発生に対して対策を講じることは、極めて有用なことである。
Here, for the sake of comparison, FIG. 5 schematically shows a cross-sectional view of a main part of a
In particular, in the case of the
図1の半導体装置10では、第2導電層26が混合層26bを有している。混合層26bは、チタンとシリコンを含んでいる。このため、混合層26bでは、チタンとシリコンが予め結合している。したがって、はんだを溶融するときの熱負荷がコレクタ電極20に加わったとしても、第1導電層28に含まれるシリコンが第2導電層26のチタンと結合するシリサイド反応が促進されない。したがって、第1導電層28のシリコンが移動する現象が抑制され、第1導電層28のシリコン基板30側のシリコン濃度が濃く維持される。これにより、シリコン基板30のシリコンが第1導電層28に移動する現象も抑制されるので、シリコン基板30の裏面部に窪み(ピット)が発生することを抑制することができる。
In the
半導体装置10の他の特徴を記載する。
(1)混合層26bのシリコン/チタンの原子比は、0.3〜2.0であることが好ましい。原子比が0.3を超えていると、第1導電層28に含まれるシリコンが、第2導電層26に含まれるチタンと結合することを実効的に抑制することができる。即ち、シリサイド反応を実効的に抑制することができる。原子比が2.0の状態は、チタンに対してシリコンが飽和している状態である。原子比が0.3以上の範囲であれば、より大きい方が望ましい。第1導電層28に含まれるシリコンが、第2導電層26に含まれるチタンと結合することをより抑制することができる。
(2)混合層26bは、シリコンに代えて窒素を含んでいてもよい。この場合、混合層26bの窒素/チタンの原子比は、0.5〜1.0であることが好ましい。原子比が0.5を超えていると、第1導電層28に含まれるシリコンが、第2導電層26に含まれるチタンと結合することを実効的に抑制することができる。即ち、シリサイド反応を実効的に抑制することができる。原子比が1.0の状態は、チタンに対して窒素が飽和している状態である。原子比が0.5以上の範囲であれば、より大きい方が望ましい。第1導電層28に含まれるシリコンが、第2導電層26に含まれるチタンと結合することをより抑制することができる。
Other features of the
(1) The silicon / titanium atomic ratio of the
(2) The
(半導体装置10の製造方法)
次に、図2〜図4を参照して、半導体装置10の製造方法を説明する。
まず、図2に示すように、n型の不純物を低濃度に含むシリコン基板30を準備し、そのシリコン基板30の表面部に各種の構造を作り込む。シリコン基板30には、Rawウェハが用いられる。
具体的には、次の工程を備えている。まず、イオン注入技術を利用して、シリコン基板30の表面部にボロンを導入し、ボディ領域38を形成する。シリコン基板30のうちボディ領域38以外の領域は、ドリフト領域36になる。次に、イオン注入技術を利用して、ボディ領域38の表面部に、リンを選択的に導入し、エミッタ領域42を形成する。次に、リソグラフィー技術及びエッチング技術を利用して、ボディ領域38を貫通してドリフト領域36まで達するトレンチを形成する。次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を利用して、シリコン基板30の表面及びトレンチの内壁に酸化シリコン膜を被覆する。さらに、CVD法を利用して、酸化シリコン膜上にポリシリコンを形成し、トレンチ内にポリシリコンを充填する。次に、リソグラフィー技術及びエッチング技術を利用して、トレンチ内に形成されている酸化シリコン膜とポリシリコンを残すように、シリコン基板30の表面に形成されている酸化シリコン膜とポリシリコンを除去する。これにより、トレンチ内には、ゲート酸化膜44とトレンチゲート電極46が形成される。次に、シリコン基板30上に、層間絶縁膜48とエミッタ電極52を形成する。これらの工程を経て、シリコン基板30の表面部に各種の構造を作り込むことができる。
(Manufacturing method of the semiconductor device 10)
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 2, a
Specifically, the following steps are provided. First, using ion implantation technology, boron is introduced into the surface portion of the
次に、図3に示すように、シリコン基板30の裏面から研磨し、シリコン基板30の厚みを調整する。例えば、半導体装置10の耐圧に1200Vを要求する場合は、シリコン基板30の厚みを150μm程度に調整する。
Next, as shown in FIG. 3, the thickness of the
次に、図4に示すように、イオン注入技術を利用して、シリコン基板30の裏面部に、バッファ領域34とコレクタ領域32を形成する。具体的には、加速電圧が160keVのダブルチャージを用い、ドーズ量を5×1013cm-2の条件で、シリコン基板30の裏面に向けてリンを注入する。さらに、加速電圧を25keV、ドーズ量を3×1014cm-2の条件で、シリコン基板30の裏面に向けてボロンを注入する。その後に、レーザー熱処理法を利用して、導入されたリン及びボロンを活性化させ、バッファ領域34とコレクタ領域32を形成する。バッファ領域34は、概ね0.2μmの厚みで形成される。コレクタ領域32は、概ね0.2μmの厚みで形成される。
Next, as shown in FIG. 4, a
次に、スパッタ法を利用して、シリコン基板30の裏面に、第1導電層28、第2導電層26、第3導電層24及び被覆膜22を順に形成する。これにより、シリコン基板30の裏面にコレクタ電極20が形成され、図1に示す半導体装置10が得られる。
具体的には、まず、シリコンとアルミニウムの原子比が1:1の物質をターゲットに選択し、シリコン基板30の温度を400℃以下に保ちながら、シリコン基板30の裏面に第1導電層28を概ね400nmの厚みで形成する。次に、シリコンとチタンの原子比が2:1の物質をターゲットに選択し、シリコン基板30の温度を400℃以下に保ちながら、第1導電層28上に混合層26bを概ね20〜100nmの厚みで形成する。次に、チタンをターゲットに選択し、シリコン基板30の温度を400℃以下に保ちながら、混合層26b上に非混合層26aを概ね200nmの厚みで形成する。次に、ニッケルをターゲットに選択し、シリコン基板30の温度を室温に保ちながら、第2導電層26上に第3導電層24を概ね700nmの厚みで形成する。次に、金(Au)をターゲットに選択し、シリコン基板30の温度を400℃以下に保ちながら、第3導電層24上に被覆層22を概ね100nmの厚みで形成する。この後に、必要に応じて、350〜450℃の熱処理を実施する。これにより、第1導電層28とコレクタ領域32の接触抵抗が低減され、コンタクト特性が改善される。
これらの工程を経て、図1に示す半導体装置10を得ることができる。
Next, the first
Specifically, first, a substance having an atomic ratio of silicon to aluminum of 1: 1 is selected as a target, and the first
Through these steps, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
20:コレクタ電極
22:被覆層
24:第3導電層
26:第2導電層
26a:非混合層
26b:混合層
28:第1導電層
30:シリコン基板
32:コレクタ領域
34:バッファ領域
36:ドリフト領域
38:ボディ領域
42:エミッタ領域
44:ゲート絶縁膜
46:トレンチゲート電極
48:層間絶縁膜
52:エミッタ電極
20: collector electrode 22: coating layer 24: third conductive layer 26: second
Claims (7)
その裏面電極は、シリコン基板の裏面から順に、第1導電層と、第2導電層と、第3導電層を備えており、
第1導電層は、アルミニウムとシリコンを含んでおり、
第2導電層は、チタンを含むとともに、少なくとも第1導電層と接する界面を含む部分にシリコン又は窒素をさらに含む混合層を有しており、
第3導電層は、ニッケルを含んでいる半導体装置。 It is a vertical semiconductor device in which a back electrode is formed on the back surface of a silicon substrate,
The back electrode, in order from the back surface of the silicon substrate, includes a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer,
The first conductive layer contains aluminum and silicon,
The second conductive layer includes titanium, and has a mixed layer further including silicon or nitrogen in a portion including at least an interface in contact with the first conductive layer.
The third conductive layer is a semiconductor device containing nickel.
そのコレクタ電極は、シリコン基板の裏面から順に、第1導電層と、第2導電層と、第3導電層を備えており、
第1導電層は、アルミニウムとシリコンを含んでおり、
第2導電層は、チタンを含むとともに、少なくとも第1導電層と接する界面を含む部分にシリコン又は窒素をさらに含む混合層を有しており、
第3導電層は、ニッケルを含んでいるIGBT。 A vertical IGBT having a collector region containing a p-type impurity on the back surface of the silicon substrate, and a collector electrode formed on the back surface of the silicon substrate;
The collector electrode includes, in order from the back surface of the silicon substrate, a first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer.
The first conductive layer contains aluminum and silicon,
The second conductive layer includes titanium, and has a mixed layer further including silicon or nitrogen in a portion including at least an interface in contact with the first conductive layer.
The third conductive layer is an IGBT containing nickel.
スパッタ法を利用して、シリコン基板の裏面にアルミニウムとシリコンを含む第1導電層を形成する第1工程と、
スパッタ法を利用して、その第1導電層上にチタンを含む第2導電層を形成する第2工程と、
スパッタ法を利用して、その第2導電層上にニッケルを含む第3導電層を形成する第3工程を備え、
前記第2工程では、少なくとも第1導電層と接する界面を含む部分にシリコン又は窒素をさらに含む混合層を形成することを特徴とする製造方法。
A method of manufacturing a vertical semiconductor device in which a back electrode is formed on the back surface of a silicon substrate,
A first step of forming a first conductive layer containing aluminum and silicon on the back surface of the silicon substrate using a sputtering method;
A second step of forming a second conductive layer containing titanium on the first conductive layer using a sputtering method;
A third step of forming a third conductive layer containing nickel on the second conductive layer using a sputtering method;
In the second step, a mixed layer further including silicon or nitrogen is formed in a portion including at least an interface in contact with the first conductive layer.
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JP2006161938A JP2007335432A (en) | 2006-06-12 | 2006-06-12 | Semiconductor device and its fabrication process |
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JP2011249491A (en) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | Power semiconductor device |
JP2019021656A (en) * | 2017-07-11 | 2019-02-07 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
2006
- 2006-06-12 JP JP2006161938A patent/JP2007335432A/en active Pending
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