JP2010272785A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which an insulation defect is avoided by suppressing an insulating film from corroding under the high temperature environment, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: On a semiconductor substrate 11, a first insulating film 12 is layered and formed by epitaxial growth and on the first insulating film 12, a thermo-resistant electrode 13 is selectively formed. On an upper part of the electrode 13, an interlayer dielectric 14 is formed with silica glass as a main component and on a surface of the interlayer dielectric 14, an insulating barrier film 15 is formed. On the insulating barrier film 15, a wiring 16 of Al is formed and the insulating barrier film 15 is comprised of a single-layer film, a multilayer film or a mixed film of insulated nitride, carbide and carbide nitride. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高温下での使用に適した半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device suitable for use at high temperatures and a method for manufacturing the same.

炭化珪素(SiC)半導体は、シリコンや砒化ガリウム等の他の半導体に比べて禁制帯幅が広いので、pn接合のオン抵抗ならびに逆方向耐圧の一方の特性を著しく高めたり、あるいは双方の特性を従来に比べてある程度高めたデバイスに有用である。   Since silicon carbide (SiC) semiconductors have a wider forbidden band than other semiconductors such as silicon and gallium arsenide, one of the on-resistance and reverse breakdown voltage of the pn junction is remarkably enhanced, or both characteristics are improved. This is useful for devices that have been raised to some extent compared to conventional devices.

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている(特許文献1参照)。この文献には、炭化珪素半導体を用いたパワーデバイスの縦型MOSFETの技術が記載されている。この半導体装置は、炭化珪素半導体基板の表面にエピタキシャル成長によりドリフト層が積層形成され、このドラフト層内の表層部にベース領域が形成され、このベース領域内に一対のソース領域が形成されている。各ソース領域上には、ゲート絶縁膜を介してポリシリコンからなる耐熱性のゲート電極が形成され、ゲート電極上には無添加またはリンやボロンを添加した石英ガラス(シリカガラス)からなる層間絶縁膜を介してAl(アルミニウム)の配線電極が形成されている。   Conventionally, as this type of technology, for example, those described in the following documents are known (see Patent Document 1). This document describes a technology of a vertical MOSFET of a power device using a silicon carbide semiconductor. In this semiconductor device, a drift layer is laminated on the surface of a silicon carbide semiconductor substrate by epitaxial growth, a base region is formed in a surface layer portion in the draft layer, and a pair of source regions are formed in the base region. A heat-resistant gate electrode made of polysilicon is formed on each source region through a gate insulating film, and interlayer insulation made of quartz glass (silica glass) with no addition or addition of phosphorus or boron is formed on the gate electrode. An Al (aluminum) wiring electrode is formed through the film.

特許第4078391号公報Japanese Patent No. 4078391

このような従来の炭化珪素半導体装置を、200℃程度以上の高温環境下におくと、短期間にゲート電極がゲート電極上部に形成された配線電極と短絡してしまうといった不具合が発生するおそれがあった。このような不具合を詳しく解析してみると、Alの配線電極が下層のシリカガラスの層間絶縁膜を激しく腐食しながら侵入し、この層間絶縁膜を貫通し、ゲート電極に到達したことが原因であることが判明した。すなわち、高温時の絶縁不良は、Alの配線電極がシリカガラスの層間絶縁膜を腐食し尽くすということが原因であった。   If such a conventional silicon carbide semiconductor device is placed in a high-temperature environment of about 200 ° C. or higher, there is a risk that a short-circuit will occur in a short time with the wiring electrode formed on the gate electrode. there were. Analyzing these problems in detail, the Al wiring electrode penetrates the interlayer insulating film of the underlying silica glass while corroding severely, penetrates the interlayer insulating film, and reaches the gate electrode. It turned out to be. In other words, the insulation failure at high temperature was caused by the fact that the Al wiring electrode corroded the silica glass interlayer insulating film.

このような腐食現象は、上述した炭化珪素半導体装置に限ったことではなく、シリカガラスの層間絶縁膜を介在してAlの配線電極とその下部の電極あるいは半導体基板に形成された導電領域とが対向する3層構造を有するすべての半導体装置でも発生しうる普遍的な問題であることが言える。   Such a corrosion phenomenon is not limited to the silicon carbide semiconductor device described above, and an Al wiring electrode and a lower electrode or a conductive region formed on the semiconductor substrate with an interlayer insulating film of silica glass interposed therebetween. It can be said that this is a universal problem that can occur in all semiconductor devices having an opposing three-layer structure.

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温環境下での絶縁膜の腐食を抑制して、絶縁不良を回避した半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which prevent the insulation failure by suppressing the corrosion of the insulating film in a high temperature environment. There is to do.

上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、絶縁性の窒化物、炭化物、窒化炭化物の単層膜または多層膜で構成されたバリア膜を介して絶縁膜と金属配線とが配置形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the means for solving the problems of the present invention includes an insulating film and a metal wiring through a barrier film composed of a single layer film or a multilayer film of insulating nitride, carbide, nitride carbide. Are arranged and formed.

本発明によれば、絶縁性の窒化物、炭化物、窒化炭化物の単層膜または多層膜で構成されたバリア膜によって絶縁膜と金属配線とが分離されているので、金属配線による絶縁膜の腐食を抑制することが可能となり、絶縁不良を回避することができる。   According to the present invention, since the insulating film and the metal wiring are separated by the barrier film made of insulating nitride, carbide, single-layer film or multilayer film of nitrided carbide, the corrosion of the insulating film by the metal wiring. Can be suppressed, and poor insulation can be avoided.

本発明の実施例1に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置ならびに従来の半導体装置の高温下での不良特性を示す図である。It is a figure which shows the defect characteristic under the high temperature of the semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention, and the conventional semiconductor device. 本発明の実施例2に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the semiconductor device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the semiconductor device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the semiconductor device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 5 of this invention. 本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 5 of this invention. 本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 5 of this invention.

以下、図面を用いて本発明を実施するための実施例を説明する。なお、以下の実施例の説明で参照する図面は、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実際の装置のものとは異なる。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。さらに、以下提示する各図において、同符号のものは同一機能を有するものであり、一度説明した後は冗長を避けるために、原則として説明を省略するか簡略化する。   Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. The drawings referred to in the description of the following embodiments are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from those of the actual apparatus. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. Furthermore, in each figure shown below, the thing of the same code | symbol has the same function, and in order to avoid redundancy after describing once, in principle, description is abbreviate | omitted or simplified.

本発明の技術思想は、概ね200℃程度以上の高温においてAlの配線が接するシリカガラスの層間絶縁膜を腐食して配線の近傍に形成された他の配線や電極、導電層と短絡するという課題を解決するものであるから、本発明の技術思想の根幹と関係の薄い部位が多数含まれている実際の半導体装置(デバイス)を用いて本発明を説明すると冗長になり、かえって本発明の要旨が判りにくくなるおそれがあるので、それを回避するために、以下に説明する実施例1〜4においては、本発明の半導体装置を単純化した構造で説明し、本発明の実際のデバイスへの適用は、実施例5で説明することにする。   The technical idea of the present invention is that the silica glass interlayer insulating film in contact with the Al wiring is corroded at a high temperature of about 200 ° C. or more to short-circuit with other wirings, electrodes, or conductive layers formed in the vicinity of the wiring. Therefore, when the present invention is described using an actual semiconductor device (device) that includes a large number of parts that are not related to the basis of the technical idea of the present invention, it becomes redundant. In order to avoid this, in Examples 1 to 4 described below, the semiconductor device of the present invention will be described with a simplified structure, and the actual device of the present invention will be described. Application will be described in Example 5.

図1は本発明の実施例1に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。図1に示す実施例1の半導体装置は、シリコンや炭化珪素等の半導体基板11上にエピタキシャル成長により第1絶縁膜12が積層形成されている。この第1絶縁膜12は、実際のデバイスにあってはゲート絶縁膜やフィールド絶縁膜に相当する。第1絶縁膜12上には、耐熱性の電極13が選択的に形成されている。この電極13は、既述した従来技術との連関でMOSデバイス等のゲート電極が含まれるが、本発明はこれに限定するものではない。すなわち、電極13には後述するシリカガラスと反応しない導電材料が選択される。例えば、不純物が添加されたポリSi(シリコン)、あるいはポリSiの一部または全部を珪化させたポリサイド、もしくはMoやW等の高融点金属などである。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. In the semiconductor device of Example 1 shown in FIG. 1, a first insulating film 12 is laminated on a semiconductor substrate 11 such as silicon or silicon carbide by epitaxial growth. The first insulating film 12 corresponds to a gate insulating film or a field insulating film in an actual device. A heat-resistant electrode 13 is selectively formed on the first insulating film 12. The electrode 13 includes a gate electrode such as a MOS device in connection with the prior art described above, but the present invention is not limited to this. That is, a conductive material that does not react with silica glass described later is selected for the electrode 13. For example, poly Si (silicon) to which impurities are added, polycide obtained by siliciding a part or all of poly Si, or a refractory metal such as Mo or W.

電極13の上方には、後述する層間絶縁膜14ならびに絶縁バリア膜15を介して電極13とは接続されていないAl(アルミニウム)の配線16が形成されている。配線16は純粋なAlでもよいし、SiやCuを添加したAlでもよい。なお、配線16の下部には、この配線16と他の領域とが接合するコンタクト領域(接合面)でのAlのスパイク現象を抑止するためのTiやTiN、TaNなどのバリアメタルを備えていてもよい。以下、これらバリアメタルも含めたものをAlの配線と称する。   Above the electrode 13, an Al (aluminum) wiring 16 that is not connected to the electrode 13 through an interlayer insulating film 14 and an insulating barrier film 15 described later is formed. The wiring 16 may be pure Al or Al to which Si or Cu is added. A barrier metal such as Ti, TiN, or TaN is provided below the wiring 16 to suppress Al spike phenomenon in a contact region (bonding surface) where the wiring 16 and another region are bonded. Also good. Hereinafter, those including the barrier metal are referred to as Al wiring.

配線16と電極13との間にはシリカガラスを主成分とする層間絶縁膜14が挟持されている。この層間絶縁膜14は、純粋(無添加)なシリカガラス(USG)膜のほか、無添加のシリカガラスにリンPを添加したPSG膜、ホウ素Bを添加したBSG膜、フッ素Fを添加したFSG膜、Cを添加したCSG膜、及びこれらの混合膜や積層膜などで形成される。なお、層間絶縁膜14は、電極13と配線16とを電気的にのみならず静電結合的にも絶縁する機能が要求される場合には、一般に数百nm以上の厚みで、熱酸化(SiO)膜などと比べると遥かに疎な膜(誘電率を下げるため)で形成される。 An interlayer insulating film 14 mainly composed of silica glass is sandwiched between the wiring 16 and the electrode 13. This interlayer insulating film 14 is a pure (no additive) silica glass (USG) film, a PSG film in which phosphorus P is added to an additiveless silica glass, a BSG film in which boron B is added, and an FSG in which fluorine F is added. It is formed of a film, a CSG film to which C is added, a mixed film or a laminated film thereof. Note that the interlayer insulating film 14 is generally formed by thermal oxidation (with a thickness of several hundreds of nanometers or more) when a function of insulating the electrode 13 and the wiring 16 not only electrically but also electrostatically is required. It is formed of a much sparse film (in order to lower the dielectric constant) compared to a SiO 2 ) film or the like.

絶縁バリア膜15は、本発明の特徴的な構成要素であり、層間絶縁膜14の上部に形成されている。絶縁バリア膜15は、20nm程度より厚く層間絶縁膜14より薄い絶縁体で形成され、少なくとも以下に示す機能を有するように構成材料が選択される。   The insulating barrier film 15 is a characteristic component of the present invention, and is formed on the interlayer insulating film 14. The insulating barrier film 15 is formed of an insulator thicker than about 20 nm and thinner than the interlayer insulating film 14, and a constituent material is selected so as to have at least the following functions.

(機能1)配線16を構成するAlの内方(層間絶縁膜14側への)拡散を阻止する。 (Function 1) Blocks the diffusion of Al constituting the wiring 16 (to the interlayer insulating film 14 side).

(機能2)電極13を構成するSiの外向(配線16側への)拡散を阻止する。 (Function 2) Preventing outward diffusion (to the wiring 16 side) of Si constituting the electrode 13.

(機能3)絶縁バリア膜15が接する配線16を構成するAl、ならびに層間絶縁膜14を構成するシリガガラスとの化学反応を同時に阻止する。 (Function 3) Simultaneously inhibits the chemical reaction with Al constituting the wiring 16 in contact with the insulating barrier film 15 and the silica glass constituting the interlayer insulating film 14.

(機能4)配線16を構成するAlならびに層間絶縁膜14を構成するシリカガラスとの双方に対して強固(少なくとも装置としての信頼性を確保できる程度に十分)な接合力を備えている。 (Function 4) It has a strong (at least sufficient to ensure reliability as a device) bonding strength to both Al constituting the wiring 16 and silica glass constituting the interlayer insulating film 14.

なお、配線16の下部に上述したようにバリアメタルが形成されている場合には、絶縁バリア膜15はバリアメタルを構成する元素の内方拡散を阻止する機能、ならびにバリアメタルと層間絶縁膜14との間の化学反応を阻止する機能をも併せ備えているものとする。   When the barrier metal is formed under the wiring 16 as described above, the insulating barrier film 15 functions to prevent inward diffusion of elements constituting the barrier metal, and the barrier metal and the interlayer insulating film 14. It also has a function of preventing a chemical reaction between the two.

このような絶縁バリア膜15に適した材料としては、例えば絶縁性の窒化物、炭化物、窒化炭化物の単層膜または多層膜、混合膜を挙げることができる。これに該当する材料としては、例えばSiC膜、SiN膜、GeC膜、GeN膜、AlN膜などである。なお、絶縁バリア膜15を構成する成分に酸素が含有していると腐食が急激に起きやすくなるので、酸素が含まれないようにすることが必要である。   Examples of suitable materials for the insulating barrier film 15 include insulating nitride, carbide, nitrided carbide single-layer film, multilayer film, and mixed film. Examples of such a material include a SiC film, a SiN film, a GeC film, a GeN film, and an AlN film. In addition, if oxygen is contained in a component constituting the insulating barrier film 15, corrosion is likely to occur rapidly, so it is necessary to prevent oxygen from being contained.

次に、図1に示す構造を得る製造方法について説明する。   Next, a manufacturing method for obtaining the structure shown in FIG. 1 will be described.

先ず、周知の洗浄液で十分洗浄した半導体基板11の表面に所定の方法、例えば熱酸化により第1絶縁膜12を成長させる。続いて、第1絶縁膜12上に耐熱性の電極膜を全面に成膜した後、この電極膜を周知のフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングして、耐熱性の電極13を形成する。例えば、低抵抗ポリSiが電極膜である場合には、ポリSiの成長は減圧CVD法、ドーピングはPOClを原料とした固体熱拡散、エッチング(パターニング)は反応性イオンエッチング法を用いる。 First, the first insulating film 12 is grown on the surface of the semiconductor substrate 11 sufficiently cleaned with a known cleaning solution by a predetermined method, for example, thermal oxidation. Subsequently, after forming a heat resistant electrode film on the entire surface of the first insulating film 12, the electrode film is patterned by known photolithography and etching to form the heat resistant electrode 13. For example, when the low resistance poly-Si is an electrode film, the poly-Si growth is performed by a low pressure CVD method, the doping is performed by solid thermal diffusion using POCl 3 as a raw material, and the etching (patterning) is performed by a reactive ion etching method.

その後、半導体基板11の全面にシリカガラスを主成分とする層間絶縁膜14を常圧CVD(化学的気相成長)法やプラズマCVD法などで成膜する。   Thereafter, an interlayer insulating film 14 mainly composed of silica glass is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 by an atmospheric pressure CVD (chemical vapor deposition) method or a plasma CVD method.

次に、層間絶縁膜14の上面に無定形でかつ緻密でかつ応力の小さい絶縁バリア膜15を成長させる。この成長法としては、例えば600℃程度以下の温度で成長可能なプラズマCVD法、またはMO(有機金属)CVD法、ALD(原子層成膜)法、光励起CVD法が望ましい。   Next, an amorphous, dense and low-stress insulating barrier film 15 is grown on the upper surface of the interlayer insulating film 14. As this growth method, for example, a plasma CVD method capable of growing at a temperature of about 600 ° C. or lower, an MO (organic metal) CVD method, an ALD (atomic layer deposition) method, or a photoexcited CVD method is desirable.

一方、600℃程度以上で成長した絶縁バリア膜15は応力の強い膜となり、これが原因となって層間絶縁膜14に亀裂を生じさせたり、Alの配線16や層間絶縁膜14と剥離させたりするおそれがあるので、本発明の目的に適っているとは言い難い。そこで、いくつかの絶縁バリア膜材の成長方法を具体的に述べると、SiNの場合にはシランと窒素またはアンモニアを原料ガスとしたプラズマCVD法、SiCの場合にはトリメチルシランまたはテトラメチルシランとHeを原料ガスとしたプラズマCVD法で形成することができる。   On the other hand, the insulating barrier film 15 grown at about 600 ° C. or more becomes a highly stressed film, which causes the interlayer insulating film 14 to crack or peels off from the Al wiring 16 or the interlayer insulating film 14. It is hard to say that it is suitable for the purpose of the present invention. Therefore, specific methods for growing several insulating barrier film materials are described. In the case of SiN, plasma CVD using silane and nitrogen or ammonia as source gases, and in the case of SiC, trimethylsilane or tetramethylsilane It can be formed by a plasma CVD method using He as a source gas.

最後に、Alの配線膜を基板全面にスパッタ蒸着した後、周知のフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングでパターニングしてAlの配線16を形成し、図1に示す構成の半導体装置が完成する。   Finally, an Al wiring film is sputter-deposited on the entire surface of the substrate, and then patterned by well-known photolithography and reactive ion etching to form an Al wiring 16, thereby completing the semiconductor device having the configuration shown in FIG.

次に、上記構成の半導体装置における作用、効果について説明する。   Next, functions and effects of the semiconductor device having the above-described configuration will be described.

先ず、配線16と層間絶縁膜14との間に、Alとシリカガラスとの化学反応を阻止する機能(上記機能3)を備えた絶縁バリア膜15を設けることで、Alの配線16と層間絶縁膜14とが高温において激しく反応する事態を回避することができる。したがって、配線16と層間絶縁膜14との反応は、配線16から絶縁バリア膜15を内向拡散したAlの原子と層間絶縁膜14との反応、もしくは層間絶縁膜14から外向拡散したSiの原子と配線16との反応に限られることになる。   First, by providing an insulating barrier film 15 having a function of preventing a chemical reaction between Al and silica glass (the above function 3) between the wiring 16 and the interlayer insulating film 14, the Al wiring 16 and the interlayer insulation are provided. A situation in which the film 14 reacts violently at high temperatures can be avoided. Therefore, the reaction between the wiring 16 and the interlayer insulating film 14 is caused by the reaction between Al atoms diffused inward from the wiring 16 through the insulating barrier film 15 and the interlayer insulating film 14 or Si atoms diffused outward from the interlayer insulating film 14. The reaction with the wiring 16 is limited.

一方、上述したように絶縁バリア膜15は、Alの内方拡散を阻止する機能(上記機能1)とSiの外向拡散の阻止する機能(上記機能2)も兼備していることから、これらの拡散反応も反応速度的に極めて抑制することが可能となる。この結果、配線16が層間絶縁膜14を短期間に腐食し尽くすことは抑制され、配線16と電極13との短絡を防止することができる。さらに、絶縁バリア膜15は、配線16とも層間絶縁膜14とも強い接合性を有するので、絶縁バリア膜15を配線16と層間絶縁膜14との間に介在させることにより、新たに剥離不良が生じるおそれも回避することができる。また、絶縁バリア膜15は、成膜法の適正化により低応力の膜として生成することが可能なので、下部の層間絶縁膜14に亀裂等の損傷を招くおそれも回避することができる。   On the other hand, as described above, the insulating barrier film 15 has both the function of preventing the inward diffusion of Al (the function 1) and the function of preventing the outward diffusion of Si (the function 2). The diffusion reaction can be extremely suppressed in terms of reaction rate. As a result, the wiring 16 is prevented from corroding the interlayer insulating film 14 in a short time, and a short circuit between the wiring 16 and the electrode 13 can be prevented. Furthermore, since the insulating barrier film 15 has strong bonding properties to both the wiring 16 and the interlayer insulating film 14, a new peeling defect occurs when the insulating barrier film 15 is interposed between the wiring 16 and the interlayer insulating film 14. Fear can also be avoided. Further, since the insulating barrier film 15 can be generated as a low stress film by optimizing the film forming method, it is possible to avoid the possibility of causing damage such as cracks in the lower interlayer insulating film 14.

以下、実験結果に基づいて、上記構成の半導体装置の具体的な特性効果について説明する。   Hereinafter, specific characteristic effects of the semiconductor device having the above-described configuration will be described based on experimental results.

先ず、上記図1に示す構成の半導体装置を実際に製造し、500℃程度の不活性雰囲気に保存し、配線16と電極13との短絡の発生を観察した。製造した装置の仕様は以下の通りである。   First, the semiconductor device having the configuration shown in FIG. 1 was actually manufactured and stored in an inert atmosphere at about 500 ° C., and the occurrence of a short circuit between the wiring 16 and the electrode 13 was observed. The specifications of the manufactured device are as follows.

電極13:n型ポリSi電極
層間絶縁膜14:PSGとUSGの積層膜
絶縁バリア膜15:プラズマSiN膜またはプラズマSiC膜(厚さ150nm)
配線16:スパッタAl膜(Si1%添加、バリアメタルあり)
なお、層間絶縁膜14と絶縁バリア膜15の全厚は1μmである。また、比較のために、絶縁バリア膜15もバリアメタルもない従来の半導体装置、ならびに絶縁バリア膜はなくバリアメタルだけある従来の半導体装置も作製した。
Electrode 13: n + type poly-Si electrode interlayer insulating film 14: laminated film of PSG and USG insulating barrier film 15: plasma SiN film or plasma SiC film (thickness 150 nm)
Wiring 16: Sputtered Al film (Si 1% added, with barrier metal)
The total thickness of the interlayer insulating film 14 and the insulating barrier film 15 is 1 μm. For comparison, a conventional semiconductor device without the insulating barrier film 15 and the barrier metal and a conventional semiconductor device without the insulating barrier film and only the barrier metal were also manufactured.

図2は上記信頼性試験の結果を示すものであり、500℃程度での保管時間(横軸)と短絡の累積不良率(縦軸)との関係を示している。横軸の時間軸は対数で表されている。図2から明らかなように、この信頼性試験で採用した、プラズマSiN膜(図2では「p−SiN」と表記)の絶縁バリア膜15、ならびにもプラズマSiC膜(図2では「p−SiC」と表記)の絶縁バリア膜15は、従来技術(図2では「なし」と表記)に比べて3桁半以上、1000時間を越える長寿命を達成しているのがわかる。   FIG. 2 shows the result of the reliability test, and shows the relationship between the storage time (horizontal axis) at about 500 ° C. and the cumulative short-circuit failure rate (vertical axis). The time axis on the horizontal axis is expressed logarithmically. As apparent from FIG. 2, the insulating barrier film 15 of the plasma SiN film (denoted as “p-SiN” in FIG. 2) and the plasma SiC film (“p-SiC” in FIG. 2) employed in this reliability test. It can be seen that the insulating barrier film 15 (denoted as “)” has achieved a long life of more than three and a half digits and over 1000 hours compared to the prior art (denoted as “none” in FIG. 2).

また、図2においては、配線16にバリアメタルを設けた場合(図2では「BM」と表記)には、設けない場合に比べて一定の効果があることを示している。しかし、その効果は寿命を数十時間に引き上げる程度の改善にとどまり、絶縁バリア膜15を設けた場合に比べて格段に劣ることがわかる。   Further, FIG. 2 shows that when the barrier metal is provided on the wiring 16 (indicated as “BM” in FIG. 2), there is a certain effect compared to the case where no barrier metal is provided. However, it can be seen that the effect is only an improvement that extends the lifetime to several tens of hours, and is far inferior to the case where the insulating barrier film 15 is provided.

さらに、SiC膜は、累積故障率50%程度において約4200時間程度であるのに対して、SiN膜では同故障率の保管時間はSiC膜の半分(1/2)程度となり、絶縁バリア膜15は、SiN膜よりもSiC膜が相対的に優れていることがわかる。   Furthermore, the SiC film has a cumulative failure rate of about 4200 hours at about 50%, whereas the SiN film has a storage time of about half (1/2) that of the SiC film, and the insulating barrier film 15 It can be seen that the SiC film is relatively superior to the SiN film.

図3は本発明の実施例2に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。図3に示す実施例2の半導体装置は、シリコンや炭化珪素等の半導体基板11内の表層部に、p型またはn型の導電領域31が選択的に形成されている。導電領域31が形成された半導体基板11上には、先の実施例1と同様の層間絶縁膜14が形成され、層間絶縁膜14の上部には先の実施例1と同様の絶縁バリア膜15を介して先の実施例1と同様のAlの配線16が積層形成されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. In the semiconductor device of Example 2 shown in FIG. 3, a p-type or n-type conductive region 31 is selectively formed in a surface layer portion in a semiconductor substrate 11 such as silicon or silicon carbide. An interlayer insulating film 14 similar to that of the first embodiment is formed on the semiconductor substrate 11 on which the conductive region 31 is formed, and an insulating barrier film 15 similar to that of the first embodiment is formed on the interlayer insulating film 14. A wiring 16 of Al similar to that of the first embodiment is laminated through the above.

このような構成の製造方法としては、先ず半導体基板11にp型またはn型の不純物を選択的にイオン注入し、注入したイオンを活性化することで導電領域31を形成する。その後は、先の実施例1と同様の工程を適用することで、図3に示す構成の半導体装置を得ることができる。   As a manufacturing method having such a configuration, first, a p-type or n-type impurity is selectively ion-implanted into the semiconductor substrate 11 and the implanted ions are activated to form the conductive region 31. Thereafter, by applying the same process as in the first embodiment, the semiconductor device having the configuration shown in FIG. 3 can be obtained.

このような構成では、先の実施例1と同様に配線16と層間絶縁膜14との間に先の実施例1と同様な機能を有する絶縁バリア膜15が設けられているので、Alの配線16がシリカガラスの層間絶縁膜14を短期間に腐食し尽くすことは抑制され、配線16と下層の導電領域31との短絡を回避することが可能となる。   In such a configuration, the insulating barrier film 15 having the same function as that of the first embodiment is provided between the wiring 16 and the interlayer insulating film 14 as in the first embodiment. 16 is prevented from corroding the interlayer insulating film 14 made of silica glass in a short time, and a short circuit between the wiring 16 and the lower conductive region 31 can be avoided.

図4は本発明の実施例3に係る半導体装置の要部構成を示す図である。この実施例3は、パワートランジスタ等で多用されている構成であり、先の実施例1と実施例2との構成を共に含む構成において、先の実施例1と同様の電極13と配線16との短絡を回避することに加えて、コンタクトホール41を介して先の実施例2と同様の導電領域31とAlの配線16とを電気的に接続した構成を備えている。   FIG. 4 is a diagram showing the main configuration of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention. The third embodiment is a configuration frequently used for power transistors and the like. In the configuration including both the configurations of the first embodiment and the second embodiment, the electrode 13 and the wiring 16 are the same as those of the first embodiment. In addition to avoiding this short circuit, the same conductive region 31 and Al wiring 16 as in the second embodiment are electrically connected through the contact hole 41.

このような構成において、本発明の特徴的な技術思想である、絶縁バリア膜15により配線16と層間絶縁膜14との接触を遮断するために、コンタクトホール41の側壁に面した層間絶縁膜14の側面にも絶縁バリア膜15を配設するようにしている。これにより、Alの配線16の層間絶縁膜14の側面側からの腐食も抑制することができる。   In such a configuration, the interlayer insulating film 14 facing the side wall of the contact hole 41 in order to block the contact between the wiring 16 and the interlayer insulating film 14 by the insulating barrier film 15, which is a characteristic technical idea of the present invention. An insulating barrier film 15 is also disposed on the side surface of the first electrode. Thereby, corrosion from the side surface side of the interlayer insulating film 14 of the Al wiring 16 can also be suppressed.

そこで、コンタクトホール41の側壁に絶縁バリア膜15を形成する方法であるが、コンタクトホール41の面積が十分大きい場合には、層間絶縁膜14にコンタクトホール41を開口形成した後、絶縁バリア膜15を全面に成膜し、周知のフォトリソグラフィーとエッチングによりコンタクトホール41の底部の絶縁バリア膜15を除去することで、所望の被覆構造を得ることは可能である。しかしながら、通常の半導体装置ではコンタクトホールの開口面積は一般に微細であって、上記プロセスでコンタクトホールの側壁に絶縁バリア膜を被覆形成することは困難である。   Therefore, the insulating barrier film 15 is formed on the side wall of the contact hole 41. However, when the contact hole 41 has a sufficiently large area, the insulating barrier film 15 is formed after the contact hole 41 is formed in the interlayer insulating film. Is formed on the entire surface, and the insulating barrier film 15 at the bottom of the contact hole 41 is removed by well-known photolithography and etching to obtain a desired covering structure. However, in an ordinary semiconductor device, the opening area of the contact hole is generally fine, and it is difficult to form an insulating barrier film on the side wall of the contact hole by the above process.

そこで、本実施例3では、以下の図5(a)〜同図(d)に示す工程断面図を参照して説明する製造方法を採用することで、開口面積が微細なコンタクトホールの側壁に絶縁バリア膜を容易に被覆形成することが可能となる。   Therefore, in Example 3, the manufacturing method described with reference to the process cross-sectional views shown in FIGS. 5A to 5D below is adopted, so that the opening area is formed on the side wall of the contact hole having a fine opening area. It is possible to easily form a coating on the insulating barrier film.

先ず、先の実施例2で説明したと同様にして半導体基板11内の表層部に導電領域31を選択的に形成した後、先の実施例1で説明したと同様にして第1絶縁膜12、耐熱性の電極13、シリカガラスを主成分とする層間絶縁膜14を順に形成する(図5(a))。   First, after the conductive region 31 is selectively formed in the surface layer portion in the semiconductor substrate 11 as described in the second embodiment, the first insulating film 12 is processed in the same manner as described in the first embodiment. Then, the heat-resistant electrode 13 and the interlayer insulating film 14 mainly composed of silica glass are sequentially formed (FIG. 5A).

続いて、装置の表面全面に1次絶縁バリア膜15aを形成した後、1次絶縁バリア膜15a上に一過性のシリカガラス膜51を積層形成する。1次絶縁バリア膜15aの仕様及び成膜法は、先の実施例1で説明した絶縁バリア膜15と同様である。なお、一過性のシリカガラス膜51は省略してもかまわない(図5(b))。   Subsequently, a primary insulating barrier film 15a is formed on the entire surface of the device, and then a temporary silica glass film 51 is laminated on the primary insulating barrier film 15a. The specification and film formation method of the primary insulating barrier film 15a are the same as those of the insulating barrier film 15 described in the first embodiment. The temporary silica glass film 51 may be omitted (FIG. 5B).

次に、周知のフォトリソグラフィーと反応性イオンエッチング(RIE)または電磁誘導結合プラズマエッチング(ICP))を用いて、導電領域31の上部の1次絶縁バリア膜15a、一過性のシリカガラス膜51、ならびに層間絶縁膜14を選択的に除去してコンタクトホール41を開口形成する。その後、装置の全面に2次絶縁バリア膜15bを成膜することで、コンタクトホール41の側壁ならびに底部に2次絶縁バリア膜15bを形成する。この2次絶縁バリア膜15bの仕様及び成膜法も先の実施例1で説明した絶縁バリア膜15と同様であるが、1次絶縁バリア膜15aと2次絶縁バリア膜15bとは必ずしも同一の材料である必要はない(図5(c))。   Next, by using well-known photolithography and reactive ion etching (RIE) or electromagnetic inductively coupled plasma etching (ICP)), the primary insulating barrier film 15a on the conductive region 31 and the temporary silica glass film 51 are formed. The interlayer insulating film 14 is selectively removed to form a contact hole 41. Thereafter, a secondary insulating barrier film 15b is formed on the entire surface of the device, thereby forming the secondary insulating barrier film 15b on the side wall and bottom of the contact hole 41. The specifications and deposition method of the secondary insulating barrier film 15b are the same as those of the insulating barrier film 15 described in the first embodiment, but the primary insulating barrier film 15a and the secondary insulating barrier film 15b are not necessarily the same. It does not have to be a material (FIG. 5C).

続いて、RIEまたはICP等の異方性エッチングにより2次絶縁バリア膜15bのエッチバックを行い、シリカガラス膜51が露出したところでエッチングを終了し、その後半導体基板11を緩衝フッ酸溶液に浸漬してシリカガラス膜51を除去する。このエッチバックの実行により、層間絶縁膜14の上面には1次絶縁バリア膜15aが残存し、コンタクトホール41の側壁には2次絶縁バリア膜15bが残され、両絶縁バリア膜が一体となって構成される絶縁バリア膜15が形成される(図5(d))。   Subsequently, the secondary insulating barrier film 15b is etched back by anisotropic etching such as RIE or ICP, and the etching is terminated when the silica glass film 51 is exposed. Thereafter, the semiconductor substrate 11 is immersed in a buffered hydrofluoric acid solution. Then, the silica glass film 51 is removed. By performing this etch back, the primary insulating barrier film 15a remains on the upper surface of the interlayer insulating film 14, the secondary insulating barrier film 15b remains on the side wall of the contact hole 41, and both insulating barrier films are integrated. An insulating barrier film 15 is formed (FIG. 5D).

上記工程において、エッチバック処理が一過性のシリカガラス膜51に到達してシリカガラス膜51が露出すると、エッチング排ガスに酸素が含まれるようになるので、エッチング排ガスの酸素をモニターすることによって、エッチバックの終点を検出することができる。   In the above process, when the etch back process reaches the transient silica glass film 51 and the silica glass film 51 is exposed, oxygen is contained in the etching exhaust gas. By monitoring the oxygen in the etching exhaust gas, The end point of etch back can be detected.

そして最後に、Alを全面にスパッタ蒸着した後、周知のフォトリソグラフィーとRIEでAlをパターニングして配線16を選択的に形成し、図4に示す半導体装置が完成する。   Finally, after Al is sputter-deposited on the entire surface, the Al 16 is patterned by well-known photolithography and RIE to selectively form the wiring 16, thereby completing the semiconductor device shown in FIG.

このように、上記実施例3では、コンタクトホール41の側壁で層間絶縁膜14とAlの配線とが対向するような構造を有する装置であっても、開口面積が比較的に小さいコンタクトホール41の側壁に絶縁バリア膜15を形成することが可能となり、先の実施例1,2と同様の効果を得ることが可能となる。   As described above, in Example 3 described above, even in the device having a structure in which the interlayer insulating film 14 and the Al wiring face each other on the side wall of the contact hole 41, the contact hole 41 having a relatively small opening area is used. The insulating barrier film 15 can be formed on the side wall, and the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.

図6は本発明の実施例4に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この実施例4の特徴とするところは、Alの多層配線を備えた装置に先の実施例1,2で説明した本発明の技術思想を適用したことにある。   FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention. A feature of the fourth embodiment resides in that the technical idea of the present invention described in the first and second embodiments is applied to a device having an Al multilayer wiring.

図6において、図1に示す構成と同様に、半導体基板11上に、第1絶縁膜12、耐熱性の電極13、第1層間絶縁膜(図1の層間絶縁膜14に相当)61、第1絶縁バリア膜(図1の絶縁バリア膜15に相当)62、Alの第1配線(図1の配線16に相当)63が実施例1と同様の方法で形成されている。   6, similarly to the configuration shown in FIG. 1, a first insulating film 12, a heat-resistant electrode 13, a first interlayer insulating film (corresponding to the interlayer insulating film 14 in FIG. 1) 61, A first insulating barrier film (corresponding to the insulating barrier film 15 in FIG. 1) 62 and a first Al wiring (corresponding to the wiring 16 in FIG. 1) 63 are formed by the same method as in the first embodiment.

さらに、この実施例4では、第1絶縁バリア膜62ならびにAlの第1配線63上に第2絶縁バリア膜64が積層形成され、第2絶縁バリア膜64上に第2層間絶縁膜65が積層形成され、第2層間絶縁膜65上に第3絶縁バリア膜66が積層形成され、第3絶縁バリア膜66上にAlの第2配線67が選択的に積層形成され、Alの2層配線構造を備えている。   Further, in the fourth embodiment, a second insulating barrier film 64 is laminated on the first insulating barrier film 62 and the Al first wiring 63, and a second interlayer insulating film 65 is laminated on the second insulating barrier film 64. A third insulating barrier film 66 is formed on the second interlayer insulating film 65; an Al second wiring 67 is selectively stacked on the third insulating barrier film 66; and an Al two-layer wiring structure is formed. It has.

すなわち、第1層間絶縁膜61と第1配線63との間には第1絶縁バリア膜62が介在し、第1配線63と第2層間絶縁膜65との間には第2絶縁バリア膜64が介在し、第2層間絶縁膜65と第2配線67との間には第3絶縁バリア膜66が介在している。   That is, the first insulating barrier film 62 is interposed between the first interlayer insulating film 61 and the first wiring 63, and the second insulating barrier film 64 is interposed between the first wiring 63 and the second interlayer insulating film 65. The third insulating barrier film 66 is interposed between the second interlayer insulating film 65 and the second wiring 67.

第1層間絶縁膜61ならびに第2層間絶縁膜65は、先の実施例1の層間絶縁膜14と同様に構成されて同様の機能を有し、第1絶縁バリア膜62、第2絶縁バリア膜64ならびに第3絶縁バリア膜66は、先の実施例1の絶縁バリア膜15と同様に構成されて同様の機能を有している。   The first interlayer insulating film 61 and the second interlayer insulating film 65 are configured in the same manner as the interlayer insulating film 14 of the first embodiment and have the same functions. The first insulating barrier film 62 and the second insulating barrier film 64 and the third insulating barrier film 66 are configured in the same manner as the insulating barrier film 15 of the first embodiment and have the same functions.

次に、図6に示す装置を製造する方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the apparatus shown in FIG. 6 will be described.

先ず、実施例1で説明したと同様の方法により図1に示す構成と同様の構成を形成する。これにより、第1絶縁バリア膜62上にAlの第1配線63が形成されるまでの工程が終了する。   First, the same configuration as that shown in FIG. 1 is formed by the same method as described in the first embodiment. Thus, the process until the first Al wiring 63 is formed on the first insulating barrier film 62 is completed.

引き続いて、装置全面に第2絶縁バリア膜64、第2層間絶縁膜65、第3絶縁バリア膜66を順に成膜する。第2層間絶縁膜65の形成方法や仕様は第1層間絶縁膜61と同様である。   Subsequently, a second insulating barrier film 64, a second interlayer insulating film 65, and a third insulating barrier film 66 are sequentially formed on the entire surface of the device. The formation method and specifications of the second interlayer insulating film 65 are the same as those of the first interlayer insulating film 61.

最後に、装置全面にAlをスパッタ蒸着した後、標準フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングでパターニングして、Alの第2配線67を選択的に形成し、図6に示す構成の装置が完成する。   Finally, Al is sputter-deposited on the entire surface of the device, and then patterned by standard photolithography and reactive ion etching to selectively form the second Al wiring 67, thereby completing the device having the structure shown in FIG.

第2絶縁バリア膜64ならびに第3絶縁バリア膜66の成長法としては、少なくとも500℃程度以下、好ましくは400℃程度以下の温度で成長可能な、プラズマCVD法、MO(有機金属)CVD法、ALD(原子層成膜)法、もしくは光励起CVD法がよい。また、560℃程度付近がAl(1%のSiを含有)の共融点温度であるため、500℃程度以上のプロセス温度では、Alの第1配線63が融解したり、軟化したり、劣化したりするおそれがある。そこで、いくつかの絶縁バリア膜材の成長方法を具体的に述べると、SiN膜についてはシランと窒素またはアンモニアを原料ガスとしたプラズマCVD法により形成可能であり、SiC膜ではトリメチルシランまたはテトラメチルシランとHeを原料ガスとしたプラズマCVD法で形成することができる。これらの堆積法は400℃程度以下の成長温度で成膜が可能である。   As a growth method of the second insulating barrier film 64 and the third insulating barrier film 66, a plasma CVD method, an MO (organometallic) CVD method, which can be grown at a temperature of at least about 500 ° C., preferably about 400 ° C., ALD (atomic layer deposition) method or photoexcited CVD method is preferable. Further, since the melting point temperature of Al (containing 1% Si) is around 560 ° C., the Al first wiring 63 is melted, softened or deteriorated at a process temperature of about 500 ° C. or higher. There is a risk of Therefore, a specific method for growing several insulating barrier film materials will be described. The SiN film can be formed by plasma CVD using silane and nitrogen or ammonia as source gases, and the SiC film can be formed by trimethylsilane or tetramethyl. It can be formed by a plasma CVD method using silane and He as source gases. These deposition methods can form a film at a growth temperature of about 400 ° C. or less.

このように、Alの配線ならびに層間絶縁膜が多層化され、多層化されたそれぞれの配線が層間絶縁膜で絶縁分離された構造を有する半導体装置においても、層間絶縁膜とAlの配線との間に本発明で採用した絶縁バリア膜を介在させることで、Alが層間絶縁膜を腐食し、腐食した層間絶縁膜を介して対向するAlの配線間が短絡するといった不良を抑制することが可能となり、先の実施例1,2と同様の効果を得ることが可能となる。   As described above, even in a semiconductor device having a structure in which the Al wiring and the interlayer insulating film are multi-layered and each of the multi-layered wirings is insulated and separated by the interlayer insulating film, the interlayer wiring is provided between the interlayer insulating film and the Al wiring. By interposing the insulating barrier film employed in the present invention, it is possible to suppress defects such as Al corroding the interlayer insulating film and short-circuiting between opposing Al wirings via the corroded interlayer insulating film. It is possible to obtain the same effect as in the first and second embodiments.

図7は本発明の実施例5に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この実施例5は、Alの配線とシリカガラスを主成分とする層間絶縁膜との構成要素に着目して上記実施例1〜4で説明した本発明の技術思想を炭化珪素の半導体基板に形成されたパワー半導体装置(縦型MOSFET(金属−酸化物−半導体構造電界効果トランジスタ))に適用した実施例である。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Example 5 of the present invention. In the fifth embodiment, the technical idea of the present invention described in the first to fourth embodiments described above is formed on a silicon carbide semiconductor substrate by paying attention to the constituent elements of the Al wiring and the interlayer insulating film mainly composed of silica glass. This is an embodiment applied to a power semiconductor device (vertical MOSFET (metal-oxide-semiconductor structure field effect transistor)).

図7にはMOSFETのユニットセル700の要部構成を示している。ユニットセルとは、素子領域の最小単位を表し、パワー素子では素子領域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700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. 7 shows a main configuration of a MOSFET unit cell 700. The unit cell represents the minimum unit of the element region. In the power element, a large number of unit cells in the element region are arranged in parallel in the vertical and horizontal directions to increase the current. In the following description, reference numeral 700 is used to mean both an element region and a unit cell.

炭化珪素半導体基板(SiC基板)701は、不純物窒素を1×1019/cm程度添加したn型(0001)Si面単結晶4H−SiC基板である。SiC基板701は、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)のSiC基板を用いることができる。SiC基板701の一方の主面(図面では上面側)上には、厚み10μm程度、不純物窒素を1×1016/cm程度添加したn型のエピタキシャル層702がホモエピタキシャル成長により形成されている。 A silicon carbide semiconductor substrate (SiC substrate) 701 is an n + type (0001) Si-plane single crystal 4H—SiC substrate to which impurity nitrogen is added at about 1 × 10 19 / cm 3 . As the SiC substrate 701, in addition to 4H, any crystal system such as 6H, 3C, and 15R (H is hexagonal, C is cubic, and R is rhombohedral) can be used. On one main surface (upper surface side in the drawing) of SiC substrate 701, an n type epitaxial layer 702 having a thickness of about 10 μm and doped with about 1 × 10 16 / cm 3 of impurity nitrogen is formed by homoepitaxial growth. .

エピタキシャル層702の表層には、p型の不純物をエピタキシャル層702の不純物濃度よりも高く添加したp型のベース領域703a,703bが所定の距離だけ離間して選択的に形成されている。   On the surface layer of the epitaxial layer 702, p-type base regions 703a and 703b to which p-type impurities are added higher than the impurity concentration of the epitaxial layer 702 are selectively formed with a predetermined distance therebetween.

各ベース領域703a、703bの表層には、ベース領域703a、703bよりも浅くかつ高濃度の不純物を添加したn型のソース領域(高濃度不純物領域)704a、704bが形成されている。ベース領域703a,703bの一部であって、かつソース領域704a,704bの外部表層には、ベース領域703a,703bよりもp型の不純物を高濃度に添加したp型のベース領域705a,705bが形成されている。なお、n型のエピタキシャル層702、p型のベース領域703a,703b、n型のソース領域704a,704b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。 On the surface layers of the base regions 703a and 703b, n + -type source regions (high-concentration impurity regions) 704a and 704b, which are shallower than the base regions 703a and 703b and doped with high-concentration impurities, are formed. P + -type base regions 705a and 705b, which are part of the base regions 703a and 703b and in which the p-type impurities are added to the external surface layer of the source regions 704a and 704b at a higher concentration than the base regions 703a and 703b. Is formed. The impurity concentrations of the n type epitaxial layer 702, the p type base regions 703a and 703b, and the n + type source regions 704a and 704b are set to increase in this order.

上記各不純物領域を形成したSiC基板701の一方の主面側には、ゲート絶縁膜706を介して導電性の多結晶シリコンからなるゲート電極707(図1の耐熱性の電極13に相当)が選択的に形成されている。このゲート電極707の側面および上面には、多結晶シリコン酸化膜708が形成され、多結晶シリコン酸化膜708でゲート電極707が被覆されている。ゲート絶縁膜706および多結晶シリコン酸化膜708上には、シリカガラスを主成分とした層間絶縁膜709(図1の層間絶縁膜14に相当)が形成されている。   A gate electrode 707 (corresponding to the heat-resistant electrode 13 in FIG. 1) made of conductive polycrystalline silicon is provided on one main surface side of the SiC substrate 701 on which each of the impurity regions is formed via a gate insulating film 706. Selectively formed. A polycrystalline silicon oxide film 708 is formed on the side and top surfaces of the gate electrode 707, and the gate electrode 707 is covered with the polycrystalline silicon oxide film 708. On the gate insulating film 706 and the polycrystalline silicon oxide film 708, an interlayer insulating film 709 (corresponding to the interlayer insulating film 14 in FIG. 1) mainly composed of silica glass is formed.

また、SiC基板701の一方の主面側には、n型のソース領域704a,704bとp型のベース領域705a,705bにまたがって貫通するソース窓710a,710b(図4のコンタクトホール41に相当)が形成されている。このソース窓710a,710bの底部には、NiSiからなるソース電極711a,711bが形成されている。各ソース電極711a,711bは、n型のソース領域704a,704bとp型のベース領域705a,705b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。 Further, on one main surface side of the SiC substrate 701, source windows 710a and 710b (contact holes 41 in FIG. 4) penetrating the n + type source regions 704a and 704b and the p + type base regions 705a and 705b are formed. Is equivalent). Source electrodes 711a and 711b made of Ni 2 Si are formed on the bottoms of the source windows 710a and 710b. Each of the source electrodes 711a and 711b has a function of simultaneously providing ohmic contact to different polar regions of the n + type source regions 704a and 704b and the p + type base regions 705a and 705b.

さらに、装置の一方の主面側の表面には、ソース電極711a,711bを介してn型のソース領域704a,704bならびにp型のベース領域705a,705b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Al(1%Si含有)の配線712(図1、図3、図4のAlの配線16に相当)が形成されている。なお、図示していないが、配線712の一部として同配線の下部には、配線712のAlとソース電極711a,711bのNiSiとの合金化を防止するために、Ta/TaNのようなバリアメタルが形成されていてもかまわない。 Further, n + -type source regions 704a and 704b and p + -type base regions 705a and 705b are provided on one main surface side of the device via source electrodes 711a and 711b on an external circuit or the same substrate. An Al (containing 1% Si) wiring 712 (corresponding to the Al wiring 16 in FIGS. 1, 3 and 4) for connection to other circuit elements is formed. Although not shown in the drawing, a part of the wiring 712 has a lower portion of the wiring, such as Ta / TaN, in order to prevent alloying of Al of the wiring 712 and Ni 2 Si of the source electrodes 711a and 711b. An appropriate barrier metal may be formed.

また、配線712と層間絶縁膜709/ゲート絶縁膜706とが隣接する層間絶縁膜709の表面、およびソース窓710a,710b側の層間絶縁膜709/ゲート絶縁膜706の側壁には、絶縁バリア膜713(図1、図3、図4の絶縁バリア膜15に相当)が形成されている。すなわち、層間絶縁膜709とAlの配線712との間には絶縁バリア膜713が介在して、層間絶縁膜709と配線712とは絶縁バリア膜713で分離されている。   In addition, an insulating barrier film is formed on the surface of the interlayer insulating film 709 where the wiring 712 and the interlayer insulating film 709 / gate insulating film 706 are adjacent to each other and on the sidewalls of the interlayer insulating film 709 / gate insulating film 706 on the source window 710a, 710b side. 713 (corresponding to the insulating barrier film 15 in FIGS. 1, 3 and 4) is formed. That is, the insulating barrier film 713 is interposed between the interlayer insulating film 709 and the Al wiring 712, and the interlayer insulating film 709 and the wiring 712 are separated by the insulating barrier film 713.

一方、SiC基板701の他方の主面(図7では下面)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ための、NiSiからなるドレイン電極714が積層形成されている。ドレイン電極714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、例えばTi/Ni/Ag積層膜から構成された実装電極715が積層形成されている。 On the other hand, a drain electrode 714 made of Ni 2 Si for providing an ohmic contact to the drain of the MOSFET cell is laminated on the other main surface (lower surface in FIG. 7) of the SiC substrate 701. On the drain electrode 714, a mounting electrode 715 made of, for example, a Ti / Ni / Ag laminated film is laminated and formed for the purpose of smooth die bonding.

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−半導体構造の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 field effect transistor having a vertical metal-oxide-semiconductor structure.

このようなMOSFETにおいては、シリカガラスを主成分とする層間絶縁膜709は絶縁バリア膜713によって配線712と完全に隔絶されているので、先の実施例1〜4で得られる効果と同様の効果をMOSFETで得ることができる。すなわち、層間絶縁膜709が200℃超の高温において配線712を短期に腐食し、配線712とゲート電極707とが短絡するといった不具合を回避することができる。   In such a MOSFET, since the interlayer insulating film 709 mainly composed of silica glass is completely isolated from the wiring 712 by the insulating barrier film 713, the same effects as those obtained in the first to fourth embodiments are obtained. Can be obtained by MOSFET. That is, the problem that the interlayer insulating film 709 corrodes the wiring 712 in a short time at a high temperature exceeding 200 ° C. and the wiring 712 and the gate electrode 707 are short-circuited can be avoided.

次に、図8−A,同図−Bの工程断面図を参照して、先の図7に示す装置の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the device shown in FIG. 7 will be described with reference to the process cross-sectional views of FIGS. 8A and 8B.

先ずはじめに、一方の主面側に、厚み約10μm程度のn型のエピタキシャル層702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701を用意し、先の実施例1で説明した高温選択イオン注入法によりエピタキシャル層702にp型の不純物あるいはn型の不純物を選択的に注入し、p型のベース領域703a,703b、n型のソース領域704a,704b、p型のベース領域705a,705bとなる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。 First, an n + type 4H—SiC substrate 701 which is a silicon carbide substrate on which an n type epitaxial layer 702 having a thickness of about 10 μm is homoepitaxially grown is prepared on one main surface side. A p-type impurity or an n-type impurity is selectively implanted into the epitaxial layer 702 by the described high-temperature selective ion implantation method, and p-type base regions 703a and 703b, n + -type source regions 704a and 704b, and p + -type. The precursor regions to be the base regions 705a and 705b are sequentially formed. An example of ion implantation conditions for each region is as follows.

p型の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/ドース量 360keV/5×1013/cm
型のベース領域のイオン注入条件
イオン種 Al
注入温度 750℃
加速電圧/ドース量
30KeV/1.0×1015/cm
50KeV/1.0×1015/cm
70KeV/2.0×1015/cm
100KeV/3.0×1015/cm
型のソース領域のイオン注入条件
イオン種 P (リン)
注入温度 500℃
加速電圧/ドース量
40KeV/5.0×1014/cm
70KeV/6.0×1014/cm
100KeV/1.0×1015/cm
160KeV/2.0×1015/cm
高温イオン注入が終了した後、イオン注入時に形成されたマスクを緩衝フッ酸溶液に浸漬して除去し、SiC基板701を十分洗浄して乾燥させる。その後、活性化アニールにより先のイオン注入により形成した各前駆体領域(不純物領域)の不純物を一挙に活性化させて、p型のベース領域703a,703b、n型のソース領域704a,704b、p型のベース領域705a,705bをそれぞれ形成する(図8−A(a))。
Ion implantation conditions for p-type base region Impurities Al + ions Substrate temperature 750 ° C.
Acceleration voltage / dose amount 360 keV / 5 × 10 13 / cm 2
Ion implantation conditions for p + type base region Ion species Al +
Injection temperature 750 ° C
Acceleration voltage / Dose amount 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
I + implantation conditions for n + -type source region Ion species P + (phosphorus)
Injection temperature 500 ° C
Acceleration voltage / Dose amount 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
After the high temperature ion implantation is completed, the mask formed at the time of ion implantation is removed by immersion in a buffered hydrofluoric acid solution, and the SiC substrate 701 is sufficiently washed and dried. After that, the impurities in the respective precursor regions (impurity regions) formed by the previous ion implantation by activation annealing are activated at once, and p-type base regions 703a and 703b, n + -type source regions 704a and 704b, P + -type base regions 705a and 705b are respectively formed (FIG. 8-A (a)).

上記注入イオンの活性化は、高純度のカーボンサセプタ上に、SiC基板701の一方の主面側が上方となるように(SiC基板701の他方の主面側がカーボンサセプタに接するように)載置して、例えばAr等の高純度不活性ガス雰囲気、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において、1600℃程度以上の温度で1分〜数分程度の急速加熱処理を行うことで実施する。   The implanted ions are activated on a high-purity carbon susceptor so that one main surface side of the SiC substrate 701 faces upward (the other main surface side of the SiC substrate 701 is in contact with the carbon susceptor). For example, in a high-purity inert gas atmosphere such as Ar or a high-purity inert gas atmosphere slightly containing silane, the heat treatment is performed at a temperature of about 1600 ° C. or more for about 1 to several minutes. To do.

次に、前工程での注入イオンの活性化後のSiC基板701を十分洗浄して乾燥させた後、1100℃程度のドライ酸素雰囲気下で犠牲酸化を行い、SiC基板701の表面に熱酸化膜を形成し、その後緩衝フッ酸溶液に浸漬してSiC基板701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。この犠牲酸化処理によりSiC基板701の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。   Next, after the SiC substrate 701 after the activation of the implanted ions in the previous step is sufficiently washed and dried, sacrificial oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere at about 1100 ° C., and a thermal oxide film is formed on the surface of the SiC substrate 701. Is then immersed in a buffered hydrofluoric acid solution to remove the thermal oxide film on the surface of the SiC substrate 701 (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 irregular layer that causes a device failure is appropriately removed from the surface of the SiC substrate 701.

続いて、SiC基板701を十分洗浄した後、1100℃程度のドライ酸素雰囲気で熱酸化してSiC基板701の表裏の両主面全面に概ね5nm〜20nm程度の厚さの熱酸化膜を成長形成する。さらに、SiC基板701の表面側の一方の主面上に、常圧化学的気相成長法(APCVD)などを用いて600nm程度の厚さのSiO膜を堆積することにより、熱酸化膜とAPCVD−SiO膜からなる2層構造のフィールド絶縁膜802を形成する。この熱酸化によりSiC基板701の裏面側の他方の主面上にも100nm程度以上の厚さの一過性の熱酸化膜801が形成される(図8−A(b))。なお、フィールド絶縁膜802の下層の熱酸化膜はフィールド絶縁膜802とSiC基板701の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。 Subsequently, the SiC substrate 701 is sufficiently cleaned, and then thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere at about 1100 ° C. to grow and form a thermal oxide film having a thickness of about 5 nm to 20 nm on the entire front and back main surfaces of the SiC substrate 701. To do. Further, by depositing a SiO 2 film having a thickness of about 600 nm on one main surface on the surface side of the SiC substrate 701 by using atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) or the like, A field insulating film 802 having a two-layer structure made of an APCVD-SiO 2 film is formed. By this thermal oxidation, a transient thermal oxide film 801 having a thickness of about 100 nm or more is also formed on the other main surface on the back surface side of the SiC substrate 701 (FIG. 8-A (b)). Note that the thermal oxide film under the field insulating film 802 has an effect of stabilizing the interface between the field insulating film 802 and the surface of the SiC substrate 701, improving the withstand voltage of the vertical device, and suppressing variations thereof.

次に、周知のフォトリソグラフィとウェットエッチング、または前述したドライとウェットを併用したエッチングを用いてSiC基板701の表面のフィールド絶縁膜802を選択的にエッチングして除去し、フィールド領域とフィールド絶縁膜802が除去された図7に示す素子領域700を形成する。一過性の熱酸化膜801は、上記フィールド絶縁膜802を除去する際のウェットエッチングにより除去される。この時の素子領域700の構造は図8−A(a)と同じであるが、素子領域700以外の部分ではフィールド絶縁膜802が存在しており、SiC基板701全体の構造は異なっている。   Next, the field insulating film 802 on the surface of the SiC substrate 701 is selectively etched and removed by using well-known photolithography and wet etching, or the above-described etching using both dry and wet, so that the field region and the field insulating film are removed. An element region 700 shown in FIG. 7 from which 802 has been removed is formed. The transient thermal oxide film 801 is removed by wet etching when the field insulating film 802 is removed. The structure of the element region 700 at this time is the same as that shown in FIG. 8A (a), but the field insulating film 802 is present in portions other than the element region 700, and the structure of the entire SiC substrate 701 is different.

続いて、SiC基板701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700の表面に生成した化学的酸化膜(SiO)を除去するためにSiC基板701を緩衝フッ酸溶液に5秒〜10秒間程度浸する。その後、超純水で緩衝フッ酸溶液を完全にすすぎ落として乾燥させ、直ちに熱酸化して素子領域700のSiC基板701の表面に例えば40nm程度の厚さのゲート絶縁膜706を成長形成する。このゲート絶縁膜の形成の際にSiC基板701の裏面側の主面に一過性の熱酸化膜803が再び成長形成する。ゲート酸化の条件としては、これに限定されることはなく、例えば1160℃程度でのドライ酸化であってもよい。ここで重要なことは、熱酸化温度は以下のすべ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。なお、ここではゲート絶縁膜706として単層の熱酸化膜を用いたが、例えば特許文献の特開2006−74024号公報の図14に記載されているONO膜のような複合絶縁膜を用いてもよい。 Subsequently, the SiC substrate 701 is sufficiently cleaned again, and the SiC substrate 701 is made into a buffered hydrofluoric acid solution in order to remove the chemical oxide film (SiO 2 ) generated on the surface of the element region 700 in the final stage of the cleaning. Immerse for about 10 seconds. Thereafter, the buffered hydrofluoric acid solution is completely rinsed off with ultrapure water, dried, and immediately thermally oxidized to grow and form a gate insulating film 706 having a thickness of, for example, about 40 nm on the surface of the SiC substrate 701 in the element region 700. During the formation of the gate insulating film, a temporary thermal oxide film 803 is grown again on the main surface on the back surface side of the SiC substrate 701. The conditions for gate oxidation are not limited to this, and may be dry oxidation at about 1160 ° C., for example. What is important here is that the thermal oxidation temperature is set higher than any heat treatment temperature of all subsequent processes below. Although a single-layer thermal oxide film is used here as the gate insulating film 706, a composite insulating film such as an ONO film described in FIG. 14 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-74024 is used. Also good.

引き続いて、SiC基板701の表面側の主面及び裏面側の主面の全面にシラン原料を用いた減圧CVD法(成長温度600℃〜700℃程度)で300nm〜400nm程度の厚さの多結晶シリコン膜804を成膜する。その後、塩素酸リン(POCl)と酸素を用いた周知の熱拡散法(処理温度900℃〜950℃程度)で多結晶シリコン膜804にP(リン)を添加し、導電性を付与する。さらに続けて、SiC基板701の表面にマスク材のフォトレジストを塗布して、フォトリソグラフィ、ならびにC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、SiC基板701の表面側の多結晶シリコン膜804を選択的に除去し、ゲート電極707を形成する(図8−A(c))。 Subsequently, a polycrystal having a thickness of about 300 nm to 400 nm is formed by a low pressure CVD method (growth temperature of about 600 ° C. to 700 ° C.) using a silane material on the entire main surface on the front side and the main surface on the back side of the SiC substrate 701. A silicon film 804 is formed. Thereafter, P (phosphorus) is added to the polycrystalline silicon film 804 by a known thermal diffusion method (processing temperature: about 900 ° C. to 950 ° C.) using phosphorus chlorate (POCl 3 ) and oxygen to impart conductivity. Further Subsequently, the surface of the SiC substrate 701 is coated with a photoresist mask material, photolithography, and using a reactive ion etching (RIE) and an etchant of C 2 F 6 and oxygen, the surface of the SiC substrate 701 The side polycrystalline silicon film 804 is selectively removed to form a gate electrode 707 (FIG. 8-A (c)).

次に、ゲート電極形成時のマスクを除去してエッチング後のSiC基板701を十分洗浄した後、900℃程度のドライ酸素雰囲気下で熱酸化し、ゲート電極707とSiC基板701の裏面側の主面の多結晶シリコン膜804の表面に多結晶シリコン酸化膜708を形成する。   Next, after removing the mask at the time of forming the gate electrode and thoroughly cleaning the etched SiC substrate 701, it is thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere at about 900 ° C., and the main electrode on the back side of the gate electrode 707 and the SiC substrate 701 A polycrystalline silicon oxide film 708 is formed on the surface of the surface polycrystalline silicon film 804.

続いて、SiC基板701の表面側の主面全面にシリカガラスを主成分とした層間絶縁膜709を堆積する。この層間絶縁膜709としては、シランと酸素を原料としたAPCVDで形成した約1μm程度の厚のSiO膜(NSG膜)、あるいはリンを添加したリン珪酸ガラス(PSG)膜、さらにこれにホウ素を添加したホウ素リン珪酸ガラス(BPSG)膜などが適しているが、これに限定されるものではない。 Subsequently, an interlayer insulating film 709 mainly composed of silica glass is deposited on the entire main surface on the surface side of the SiC substrate 701. As the interlayer insulating film 709, approximately 1μm about thick SiO 2 film (NSG film) silane and oxygen were formed by APCVD as a raw material, or phosphosilicate glass doped with phosphorus (PSG) film, further boron thereto A boron phosphosilicate glass (BPSG) film to which is added is suitable, but is not limited thereto.

引き続いて、SiC基板701の表面をレジスト材で保護した後、SiC基板701の裏面の多結晶シリコン酸化膜708を緩衝フッ酸溶液で除去し、多結晶シリコン膜804を周知のドライエッチングで除去し、その後レジスト材を除去する(図8−B(d))。   Subsequently, after protecting the surface of the SiC substrate 701 with a resist material, the polycrystalline silicon oxide film 708 on the back surface of the SiC substrate 701 is removed with a buffered hydrofluoric acid solution, and the polycrystalline silicon film 804 is removed by well-known dry etching. Thereafter, the resist material is removed (FIG. 8-B (d)).

次に、周知のフォトリソグラフィーとRIE、ウェット併用エッチングで、SiC基板701の表面側の主面の層間絶縁膜709とゲート絶縁膜706にソース窓710a,710bとゲート窓(素子領域700外にあるため図示せず)を開口する。このとき、SiC基板701の裏面側の主面の熱酸化膜803も同時に除去される。   Next, the source window 710a, 710b and the gate window (outside the element region 700) are formed in the interlayer insulating film 709 and the gate insulating film 706 on the main surface of the SiC substrate 701 by well-known photolithography, RIE, and wet combined etching. (Not shown) is opened. At this time, the thermal oxide film 803 on the main surface on the back surface side of the SiC substrate 701 is also removed at the same time.

その後、SiC基板701を超純水で十分洗浄して乾燥させ、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法によりSiC基板701の表面側の主面と裏面側の主面の双方にNiやCoなどのコンタクト母材を50nm〜100nm程度の厚さに蒸着する。引き続いて、600℃程度で1時間の熱処理を行った後、SiC基板701を110℃〜130℃程度の硫酸と過酸化水素水の混合液に浸漬し、層間絶縁膜709等の絶縁膜に付着している未反応のNiを除去する。一方、ソース窓710a,710bの底部及びゲート窓の底部とSiC基板701の裏面側の主面には、Niシリサイドの前駆体が残される。   Thereafter, the SiC substrate 701 is sufficiently washed with ultrapure water and dried, and immediately applied to both the main surface on the surface side and the main surface on the back surface side of the SiC substrate 701 by a film forming method such as electron beam evaporation or DC magnetron sputtering. A contact base material such as Ni or Co is deposited to a thickness of about 50 nm to 100 nm. Subsequently, after performing a heat treatment at about 600 ° C. for 1 hour, the SiC substrate 701 is immersed in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide water at about 110 ° C. to 130 ° C. to adhere to an insulating film such as the interlayer insulating film 709. Unreacted Ni that has been removed is removed. On the other hand, a precursor of Ni silicide remains on the bottoms of the source windows 710a and 710b, the bottom of the gate window, and the main surface on the back side of the SiC substrate 701.

さらに続いて、SiC基板701を1000℃程度の不活性雰囲気下で2分程度の急速熱処理を行い、低抵抗のソース電極711a,711b、ゲートコンタクト(非表示)、ドレイン電極714を形成する。形成されたソース電極711a,711bとドレイン電極714は、ともに10−6Ωcm程度台、あるいはそれ以下の極めて低いコンタクト抵抗を示す。その後、先の図5で説明した手法を用いて、層間絶縁膜709の表面およびソース窓710a,710bの側壁とゲート窓の側壁(図示せず)に絶縁バリア膜713を形成して被覆する(図8−B(e))。 Subsequently, the SiC substrate 701 is subjected to a rapid heat treatment for about 2 minutes in an inert atmosphere at about 1000 ° C. to form low-resistance source electrodes 711a and 711b, gate contacts (not shown), and a drain electrode 714. The formed source electrodes 711a and 711b and drain electrode 714 both have extremely low contact resistance on the order of 10 −6 Ωcm 2 or less. Thereafter, using the method described in FIG. 5, the insulating barrier film 713 is formed and covered on the surface of the interlayer insulating film 709, the side walls of the source windows 710a and 710b, and the side walls (not shown) of the gate window ( FIG. 8-B (e)).

次に、SiC基板701を十分洗浄して乾燥した後、SiC基板701の表面側の主面の全面にDCマグネトロンスパッタリングなどで表面側の主面の配線電極材料、例えばAlを成膜し、フォトリソグラフィとドライエッチング(RIEなど)でAlをパターニングして、Alの配線712を形成する。その後、フォトレジスト材を剥離し、SiC基板701を洗浄して乾燥する。Alの配線712とソース電極711a,711bの間にTiやTiN、TaNなどのバリアメタルを挿入形成する場合には、これら材料を先に成膜形成した後配線712を成膜形成するようにする。なお、配線712がAlの場合には、Alと同じエッチャントガスでバリアメタルの構成材も連続的にパターニングすることができる。   Next, after sufficiently washing and drying the SiC substrate 701, a wiring electrode material of the main surface on the surface side, for example, Al is formed on the entire main surface on the front surface side of the SiC substrate 701 by DC magnetron sputtering or the like. Al is patterned by lithography and dry etching (RIE or the like) to form an Al wiring 712. Thereafter, the photoresist material is peeled off, and SiC substrate 701 is washed and dried. When a barrier metal such as Ti, TiN, or TaN is inserted between the Al wiring 712 and the source electrodes 711a and 711b, the wiring 712 is formed after these materials are first formed. . When the wiring 712 is made of Al, the barrier metal constituent material can be continuously patterned with the same etchant gas as Al.

最後に、SiC基板701の裏面側の主面のドレイン電極714上全面に、DCマグネトロンスパッタリングなどを用いて、ダイボンド実装などに使用する実装電極材料を蒸着して、実装電極715を形成する。実装電極715の一例を挙げると、Ti(80nm程度の厚さ)とNi(300nm程度の厚さ)とAg(700nm程度の厚さ)をこの順に積層したTi/Ni/Ag積層膜があるが、これに限ったものではない。これにより、先の図7に示すMOSFETの半導体装置が完成する(図8−B(f))。   Finally, a mounting electrode material used for die bonding mounting or the like is deposited on the entire surface of the drain electrode 714 on the main surface on the back surface side of the SiC substrate 701 by using DC magnetron sputtering or the like to form the mounting electrode 715. An example of the mounting electrode 715 is a Ti / Ni / Ag laminated film in which Ti (thickness of about 80 nm), Ni (thickness of about 300 nm), and Ag (thickness of about 700 nm) are laminated in this order. This is not the only one. Thus, the MOSFET semiconductor device shown in FIG. 7 is completed (FIG. 8-B (f)).

以上説明した製造工程の説明から明らかなように、上記製造方法はAlの配線とシリカガラスを主成分とする層間絶縁膜を備えた典型的な半導体装置である、パワーMOSFETの製造に合理的かつ容易に導入することができる。したがって、同様にして、Alの配線とシリカガラス系の層間絶縁膜を具有する他のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、JFET(接合型FET)、SIT(静電誘導型トランジスタ)、ならびにMESFET(金属半導体接合電界効果トランジスタジス)等の半導体装置の製造にも容易に適用することができる。   As is apparent from the description of the manufacturing process described above, the above manufacturing method is reasonable for manufacturing a power MOSFET, which is a typical semiconductor device including an Al wiring and an interlayer insulating film mainly composed of silica glass. It can be easily introduced. Accordingly, similarly, other IGBTs (insulated gate bipolar transistors), JFETs (junction FETs), SITs (electrostatic induction transistors), and MESFETs having Al wiring and silica glass-based interlayer insulating films (MESFETs) The present invention can be easily applied to the manufacture of semiconductor devices such as metal semiconductor junction field effect transistors.

なお、本発明は、実用化が急進展しているSiCやGaNなどの半導体装置の高温利用に極めて有用であるが、これに限るものではなく、200℃程度以上の高温での使用を目的としたすべての半導体材料の半導体装置、例えばダイヤモンド半導体装置やSOI基板上に形成された半導体装置にも等しく適用可能である。   The present invention is extremely useful for high-temperature use of semiconductor devices such as SiC and GaN, which are rapidly being put into practical use. However, the present invention is not limited to this, and is intended for use at high temperatures of about 200 ° C. or higher. The present invention is equally applicable to semiconductor devices made of all semiconductor materials such as diamond semiconductor devices and semiconductor devices formed on SOI substrates.

11…半導体基板
12…第1絶縁膜
13…電極
14,709…層間絶縁膜
15,713…絶縁バリア膜
15a…1次絶縁バリア膜
15b…2次絶縁バリア膜
16,712…配線
31…導電領域
41…コンタクトホール
51…シリカガラス膜
61…第1層間絶縁膜
62…第1絶縁バリア膜
63…第1配線
64…第2絶縁バリア膜
65…第2層間絶縁膜
66…第3絶縁バリア膜
67…第2配線
700…ユニットセル
701…SiC基板
702…エピタキシャル層
703a,703b,705a,705b…ベース領域
704a,704b…ソース領域
706…ゲート絶縁膜
707…ゲート電極
708…多結晶シリコン酸化膜
710a,710b…ソース窓
711a,711b…ソース電極
714…ドレイン電極
715…実装電極
801,803…熱酸化膜
802…フィールド絶縁膜
804…多結晶シリコン膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate 12 ... 1st insulating film 13 ... Electrode 14,709 ... Interlayer insulating film 15,713 ... Insulating barrier film 15a ... Primary insulating barrier film 15b ... Secondary insulating barrier film 16,712 ... Wiring 31 ... Conductive region DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Contact hole 51 ... Silica glass film 61 ... 1st interlayer insulation film 62 ... 1st insulation barrier film 63 ... 1st wiring 64 ... 2nd insulation barrier film 65 ... 2nd interlayer insulation film 66 ... 3rd insulation barrier film 67 ... Second wiring 700 ... Unit cell 701 ... SiC substrate 702 ... Epitaxial layers 703a, 703b, 705a, 705b ... Base region 704a, 704b ... Source region 706 ... Gate insulating film 707 ... Gate electrode 708 ... Polycrystalline silicon oxide film 710a, 710b ... Source window 711a, 711b ... Source electrode 714 ... Drain electrode 715 ... Mounting Pole 801, 803 ... thermal oxide film 802 ... field insulating film 804 ... polycrystalline silicon film

Claims (13)

半導体基板と、
前記半導体基板に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に接して形成され、絶縁性の窒化物、炭化物、窒化炭化物の単層膜、多層膜または混合膜で構成されたバリア膜と、
前記バリア膜に接して形成された金属配線と
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
An insulating film formed on the semiconductor substrate;
A barrier film formed in contact with the insulating film and formed of insulating nitride, carbide, nitrided carbide single layer film, multilayer film or mixed film;
And a metal wiring formed in contact with the barrier film.
前記半導体基板に形成され、前記絶縁膜で被覆された金属電極
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a metal electrode formed on the semiconductor substrate and covered with the insulating film.
前記半導体基板に形成された導電領域
を有することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a conductive region formed in the semiconductor substrate.
前記絶縁膜の端面を側壁とし、前記金属配線が埋め込まれるコンタクトホールを有し、
前記バリア膜は、前記コンタクトホールの側壁に形成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
Having an end surface of the insulating film as a side wall and a contact hole in which the metal wiring is embedded;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier film is formed on a sidewall of the contact hole.
前記絶縁膜、前記バリア膜ならびに前記金属配線は多層化されている
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film, the barrier film, and the metal wiring are multi-layered.
前記バリア膜は、絶縁性のSiC膜、SiN膜、GeC膜、GeN膜、AlN膜のいずれか1つの膜、あるいはこれらの混合膜、またはこれらの積層膜で構成されている
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。
The barrier film is composed of any one of an insulating SiC film, SiN film, GeC film, GeN film, and AlN film, a mixed film thereof, or a laminated film thereof. The semiconductor device according to claim 1.
前記バリア膜は、20nm程度よりも厚く、かつ前記絶縁膜の厚さよりも薄く形成されている
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier film is formed to be thicker than about 20 nm and thinner than the insulating film.
前記絶縁膜は、シリカガラスを主成分として構成され、
前記金属配線は、アルミニウムで構成されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
The insulating film is composed mainly of silica glass,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal wiring is made of aluminum.
前記金属配線は、バリアメタル層を含む
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal wiring includes a barrier metal layer.
半導体基板に絶縁膜を形成する第1の工程と、
前記絶縁膜に接して第1のバリア膜を形成する第2の工程と、
前記絶縁膜と前記第1のバリア膜を選択的に除去して、側壁が前記絶縁膜の端面を含むコンタクトホールを開口する第3の工程と、
前記コンタクトホールの側壁ならびに底部に第2のバリア膜を形成する第4の工程と、
前記コンタクトホールの底部に形成された前記第2のバリア膜を選択的に除去し、前記コンタクトホールの側壁に前記第2のバリア膜を残存させる第5の工程と、
前記コンタクトホール内に金属配線を形成する第6の工程とを有し、
前記第1のバリア膜ならびに前記第2のバリア膜は、絶縁性の窒化物、炭化物、窒化炭化物の単層膜または多層膜で構成されている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming an insulating film on a semiconductor substrate;
A second step of forming a first barrier film in contact with the insulating film;
A third step of selectively removing the insulating film and the first barrier film to open a contact hole having a sidewall including an end face of the insulating film;
A fourth step of forming a second barrier film on the side wall and bottom of the contact hole;
A fifth step of selectively removing the second barrier film formed on the bottom of the contact hole and leaving the second barrier film on the side wall of the contact hole;
A sixth step of forming a metal wiring in the contact hole,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first barrier film and the second barrier film are formed of a single layer film or a multilayer film of insulating nitride, carbide, nitride carbide.
前記第2の工程と前記第3の工程との間に、前記第1のバリア膜に接して酸化膜を形成する工程
を有することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising a step of forming an oxide film in contact with the first barrier film between the second step and the third step.
前記第1のバリア膜ならびに前記第2のバリア膜は、600℃程度以下の温度下で形成される
ことを特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the first barrier film and the second barrier film are formed at a temperature of about 600 ° C. or less.
前記第1のバリア膜ならびに前記第2のバリア膜は、プラズマCVD法、MO(有機金属)CVD法、ALD(原子層成膜)法、ならびに光励起CVD法のいずれか1つの化学的気相成長法で成長形成される
ことを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The first barrier film and the second barrier film may be formed by chemical vapor deposition of any one of plasma CVD, MO (organometallic) CVD, ALD (atomic layer deposition), and photoexcited CVD. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor device is grown by a method.
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