JP2015103630A - Silicon carbide semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide semiconductor device which can inhibit detachment of a back electrode.SOLUTION: A silicon carbide semiconductor device manufacturing method comprises a step of forming a back electrode 8 on a rear face of an n-type SiC substrate 1 which includes the steps of: sequentially forming a nickel film and a titanium layer on the rear face of the n-type SiC substrate 1; subsequently silicidating the nickel film by reacting the nickel film with the n-type SiC substrate 1 by a heat treatment to form a nickel silicide layer 13; and reducing a thickness of the nickel silicide layer 13 by grinding by a total thickness of the nickel layer and the titanium layer at the time of deposition to remove a carbon deposition layer in the nickel silicide layer 13 together with a surface layer of the nickel silicide layer 13. At this time, the carbon deposition layer in the nickel silicide layer 13 is required to be completely removed and a part of the nickel silicide layer 13 closer to the n-type SiC substrate 1 than the carbon deposition layer is required to be left. The step of forming the back electrode on the rear face of the n-type SiC substrate further includes the step of subsequently forming the back electrode 8 on the nickel silicide layer left on the rear face of the n-type SiC substrate 1.

Description

この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

従来からパワーデバイスとして用いられている半導体デバイスは、半導体材料としてシリコン(Si)を用いたものが主流である。一方、シリコンよりもバンドギャップが広い半導体(以下、ワイドギャップ半導体とする)である炭化珪素(SiC)は、シリコンと比較して熱伝導度が3倍、最大電界強度が10倍、電子のドリフト速度が2倍という物性値を有している。このため、絶縁破壊電圧が高く低損失で高温動作可能なパワーデバイスを作製(製造)するにあたって、近年、炭化珪素を応用する研究が各機関で盛んに行われている。このようなパワーデバイスの構造は、裏面側に低抵抗なオーミック電極を備えた裏面電極を有する縦型の半導体デバイスが主流となっている。   Conventionally, semiconductor devices that have been used as power devices are mainly those using silicon (Si) as a semiconductor material. On the other hand, silicon carbide (SiC), which is a semiconductor having a wider band gap than silicon (hereinafter referred to as a wide gap semiconductor), has a thermal conductivity three times that of silicon, a maximum electric field strength of 10 times, and electron drift. The speed has a physical property value of twice. For this reason, in order to produce (manufacture) a power device capable of operating at high temperature with high dielectric breakdown voltage and low loss, research on applying silicon carbide has been actively conducted in recent years. The structure of such a power device is mainly a vertical semiconductor device having a back electrode having a low-resistance ohmic electrode on the back side.

半導体材料として炭化珪素を用いた縦型の半導体デバイスの製造方法として、炭化珪素からなる半導体基板(以下、SiC基板とする)上にニッケル(Ni)層を形成した後、熱処理によりニッケル層をシリサイド化してニッケルシリサイド層を形成することで、SiC基板とニッケルシリサイド層とのコンタクト(電気的接触部)をオーミックコンタクトとする方法が提案されている(例えば、下記特許文献1,2参照。)。しかしながら、下記特許文献1,2では、ニッケルシリサイド層の上に形成した裏面電極がニッケルシリサイド層から剥がれやすいという問題がある。   As a method for manufacturing a vertical semiconductor device using silicon carbide as a semiconductor material, a nickel (Ni) layer is formed on a semiconductor substrate made of silicon carbide (hereinafter referred to as a SiC substrate), and then the nickel layer is silicided by heat treatment. There has been proposed a method in which a contact (electrical contact portion) between an SiC substrate and a nickel silicide layer is formed as an ohmic contact by forming a nickel silicide layer (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below). However, in the following Patent Documents 1 and 2, there is a problem that the back electrode formed on the nickel silicide layer is easily peeled off from the nickel silicide layer.

このような問題を解消する方法として、ニッケルシリサイド層の表面に残存するニッケル層を除去してニッケルシリサイド層を露出させた後に、ニッケルシリサイド層上にチタン(Ti)層、ニッケル層および銀(Ag)層を順に積層してなる裏面電極を形成することで、裏面電極の剥離を抑制する方法が提案されている(例えば、下記特許文献3参照。)。また、別の方法として、ニッケルシリサイド層の表面上に形成された金属の炭化物を除去した後に、ニッケルシリサイド層上に裏面電極を形成することで、裏面電極の密着性を向上させた方法が提案されている(例えば、下記特許文献4参照。)。   As a method for solving such a problem, after removing the nickel layer remaining on the surface of the nickel silicide layer to expose the nickel silicide layer, a titanium (Ti) layer, a nickel layer, and silver (Ag) are formed on the nickel silicide layer. ) A method for suppressing peeling of the back electrode by forming a back electrode formed by sequentially laminating layers has been proposed (for example, see Patent Document 3 below). As another method, a method of improving the adhesion of the back electrode by forming the back electrode on the nickel silicide layer after removing the metal carbide formed on the surface of the nickel silicide layer is proposed. (For example, see Patent Document 4 below).

特開2007−184571号公報JP 2007-184571 A 特開2010−86999号公報JP 2010-86999 A 特開2008−53291号公報JP 2008-53291 A 特開2003−243323号公報JP 2003-243323 A

しかしながら、上述した特許文献3,4の技術を用いて裏面電極を形成したとしても、ニッケルシリサイド層と、裏面電極の最下層のチタン層との密着性が低く、半導体ウェハを個々のチップ状にダイシング(切断)する際に、裏面電極がニッケルシリサイド層から剥がれてしまうという問題がある。   However, even if the back electrode is formed using the techniques of Patent Documents 3 and 4 described above, the adhesion between the nickel silicide layer and the lowermost titanium layer of the back electrode is low, and the semiconductor wafer is formed into individual chips. When dicing (cutting), there is a problem that the back electrode is peeled off from the nickel silicide layer.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、裏面電極が剥離することを抑制することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing separation of a back electrode in order to solve the above-described problems caused by the prior art.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、次のことを見出した。上記特許文献1によると、下記(1)式に示すニッケルと炭化珪素との固相反応によりニッケルシリサイド層が生成される。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present inventors have made extensive studies and found the following. According to Patent Document 1, a nickel silicide layer is generated by a solid-phase reaction between nickel and silicon carbide represented by the following formula (1).

Ni + 2SiC → NiSi2 + 2C ・・・(1) Ni + 2SiC → NiSi 2 + 2C (1)

下記(1)式の反応により生成された炭素(C)は、結晶状態が安定しない過飽和状態または微細な析出体として、ニッケルシリサイド層の内部全体に分散して存在している。ニッケルシリサイド層を形成した後に熱処理を行う場合、ニッケルシリサイド層の内部に分散する炭素が一気に排出され、ニッケルシリサイド層の表面や内部にグラファイトなどの析出物として層状に凝集(析出)する。この炭素が凝集してなる析出物は、脆く、かつ他材料層への付着性に乏しいため、わずかな応力によって容易に破断し、ニッケルシリサイド層上に形成した裏面電極の剥離が発生する。そこで、本発明者らは、ニッケルシリサイド層の形成時にニッケルシリサイド層の内部に炭素を層状に析出させ、この炭素が凝集してなる層(以下、炭素析出層とする)を機械研磨によって削除した後に、ニッケルシリサイド層の研削後の表面に裏面電極を形成することにより、裏面電極の剥離を防止することができることを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。   The carbon (C) generated by the reaction of the following formula (1) is dispersed throughout the inside of the nickel silicide layer as a supersaturated state or a fine precipitate in which the crystalline state is not stable. When heat treatment is performed after the nickel silicide layer is formed, carbon dispersed inside the nickel silicide layer is exhausted at once, and is aggregated (deposited) as a precipitate such as graphite on the surface or inside of the nickel silicide layer. The precipitate formed by the agglomeration of carbon is brittle and has poor adhesion to other material layers. Therefore, the precipitate is easily broken by a slight stress and peeling of the back electrode formed on the nickel silicide layer occurs. Accordingly, the present inventors have deposited carbon in the nickel silicide layer in the form of a layer during the formation of the nickel silicide layer, and deleted this carbon aggregated layer (hereinafter referred to as a carbon deposition layer) by mechanical polishing. Later, it was found that peeling of the back electrode can be prevented by forming the back electrode on the ground surface of the nickel silicide layer. The present invention has been made based on such knowledge.

すなわち、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、炭化珪素からなる半導体基板の表面に、ニッケルおよびチタンを含む第1金属層を形成する第1金属層形成工程を行う。次に、熱処理により前記第1金属層を前記半導体基板と反応させてシリサイド化し、チタンカーバイドを含むニッケルシリサイド層を形成する熱処理工程を行う。次に、前記ニッケルシリサイド層の表面層を少なくとも前記第1金属層の厚さ分除去して、前記ニッケルシリサイド層の厚さを薄くする除去工程を行う。次に、前記除去工程後に前記半導体基板の表面に残る前記ニッケルシリサイド層の表面に、第2金属層を形成する第2金属層形成工程を行う。   That is, in order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following characteristics. First, a first metal layer forming step for forming a first metal layer containing nickel and titanium on the surface of a semiconductor substrate made of silicon carbide is performed. Next, a heat treatment process is performed in which the first metal layer is silicided by reacting with the semiconductor substrate by heat treatment to form a nickel silicide layer containing titanium carbide. Next, a removal step is performed to reduce the thickness of the nickel silicide layer by removing at least the thickness of the first metal layer from the surface layer of the nickel silicide layer. Next, a second metal layer forming step of forming a second metal layer on the surface of the nickel silicide layer remaining on the surface of the semiconductor substrate after the removing step is performed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1金属層形成工程では、前記半導体基板の(0001)面に前記第1金属層を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, in the first metal layer forming step, the first metal layer is formed on a (0001) plane of the semiconductor substrate. To do.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記除去工程では、前記ニッケルシリサイド層の表面層を、前記第1金属層の厚さよりも15nm以上30nm以下の範囲内で厚い厚さ分除去することを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the removing step, the surface layer of the nickel silicide layer is within a range of 15 nm or more and 30 nm or less than the thickness of the first metal layer. It is characterized by removing a thick thickness.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記除去工程では、前記ニッケルシリサイド層の表面層から除去するのが炭素析出層であることを特徴とする。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, in the removing step, a carbon deposition layer is removed from the surface layer of the nickel silicide layer.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1金属層形成工程では、前記半導体基板の表面に、ニッケル層およびチタン層を順に形成することにより前記第1金属層を形成することを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first metal layer forming step, a nickel layer and a titanium layer are sequentially formed on a surface of the semiconductor substrate. A metal layer is formed.

上述した発明によれば、ニッケルシリサイド層の形成(熱処理工程)後、第2金属層の形成(第2金属層形成工程)前に、ニッケルシリサイド層の厚さを、少なくとも第1金属層の総厚さ分薄くすることにより、熱処理工程時にニッケルシリサイド層中に生じ残存する脆くかつ、付着性に乏しい炭素析出層を除去することができる。このため、例えば半導体基板(半導体ウェハ)を個々のチップ状に切断するダイシング時に、ニッケルシリサイド層が破断して第2金属層が剥離することはない。また、上述した発明によれば、ニッケルシリサイド層の厚さを薄くすることでニッケルシリサイド層中の炭素析出層を除去することにより、半導体基板の裏面に、半導体基板とのオーミックコンタクトを形成したニッケルシリサイド層を残すことができる。   According to the above-described invention, after the formation of the nickel silicide layer (heat treatment step) and before the formation of the second metal layer (second metal layer formation step), the thickness of the nickel silicide layer is at least the total thickness of the first metal layer. By reducing the thickness, the carbon precipitate layer that remains in the nickel silicide layer and remains brittle and poor in adhesion during the heat treatment step can be removed. For this reason, for example, when dicing the semiconductor substrate (semiconductor wafer) into individual chips, the nickel silicide layer is not broken and the second metal layer is not peeled off. Further, according to the above-described invention, the nickel silicide layer is formed by reducing the thickness of the nickel silicide layer to remove the carbon deposition layer in the nickel silicide layer, thereby forming an ohmic contact with the semiconductor substrate on the back surface of the semiconductor substrate. A silicide layer can be left.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、裏面電極が剥離することを抑制することができるとともに、炭化珪素半導体とのオーミックコンタクトを実現した裏面電極を有する炭化珪素半導体装置を提供することができるという効果を奏する。   According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, there is provided a silicon carbide semiconductor device having a back electrode that can suppress peeling of the back electrode and realize ohmic contact with the silicon carbide semiconductor. There is an effect that can be.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法により製造される炭化珪素半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the silicon carbide semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。また、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. In the Miller index notation, “−” means a bar attached to the index immediately after that, and “−” is added before the index to indicate a negative index. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

(実施の形態)
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によって作製(製造)される炭化珪素半導体装置の構造について、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET)を例に説明する。図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法により製造される炭化珪素半導体装置の一例を示す断面図である。図1に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置において、炭化珪素(SiC)からなるn型半導体基板(以下、n型SiC基板とする)1のおもて面の表面層には、p+型ソース領域2およびp+型ドレイン領域3がそれぞれ選択的に設けられている。p+型ソース領域2とp+型ドレイン領域3とは離れて設けられている。
(Embodiment)
A structure of a silicon carbide semiconductor device manufactured (manufactured) by the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described using an insulated gate field effect transistor (MOSFET) as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a silicon carbide semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. As shown in FIG. 1, in the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment, the surface layer on the front surface of an n-type semiconductor substrate (hereinafter referred to as an n-type SiC substrate) 1 made of silicon carbide (SiC) , P + -type source region 2 and p + -type drain region 3 are selectively provided. The p + type source region 2 and the p + type drain region 3 are provided apart from each other.

n型SiC基板1からなるn型ドリフト層の、p+型ソース領域2とp+型ドレイン領域3とに挟まれた部分の表面上には、ゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が設けられている。ソース電極6は、p+型ソース領域2に接して設けられ、層間絶縁膜(不図示)によってゲート電極5と電気的に絶縁されている。ドレイン電極7は、p+型ドレイン領域3に接して設けられ、層間絶縁膜によってゲート電極5と電気的に絶縁されている。n型SiC基板1の裏面には、ニッケルシリサイド層(不図示)を介して裏面電極8が設けられている。n型SiC基板1とニッケルシリサイド層とのコンタクト(電気的接触部)はオーミックコンタクトとなっている。 A gate electrode 5 is provided on the surface of a portion sandwiched between the p + type source region 2 and the p + type drain region 3 of the n type drift layer made of the n type SiC substrate 1 via the gate insulating film 4. It has been. The source electrode 6 is provided in contact with the p + type source region 2 and is electrically insulated from the gate electrode 5 by an interlayer insulating film (not shown). The drain electrode 7 is provided in contact with the p + type drain region 3 and is electrically insulated from the gate electrode 5 by an interlayer insulating film. A back electrode 8 is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 1 via a nickel silicide layer (not shown). The contact (electrical contact portion) between the n-type SiC substrate 1 and the nickel silicide layer is an ohmic contact.

次に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の、裏面電極の形成工程について説明する。図2〜5は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。おもて面素子構造の形成工程については説明および図示を省略するが、おもて面素子構造は、一般的な方法により所定のタイミングで形成すればよい。おもて面素子構造とは、p+型ソース領域2、p+型ドレイン領域3、ゲート絶縁膜4およびゲート電極5からなるMOSゲート(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)構造、ソース電極6およびドレイン電極7等のおもて面電極など、n型SiC基板1のおもて面側に形成される素子構造である。 Next, the back electrode forming step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described. 2-5 is sectional drawing which shows typically the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment. Although the description and illustration of the step of forming the front surface element structure are omitted, the front surface element structure may be formed at a predetermined timing by a general method. The front surface element structure is a MOS gate (insulated gate made of metal-oxide film-semiconductor) structure composed of a p + -type source region 2, a p + -type drain region 3, a gate insulating film 4 and a gate electrode 5, This is an element structure formed on the front surface side of the n-type SiC substrate 1 such as the front surface electrode of the electrode 6 and the drain electrode 7.

まず、例えばスパッタリング装置などの金属成膜装置を用いて、n型SiC基板(半導体ウェハ)1の裏面に、ニッケル(Ni)層11およびチタン(Ti)層12を順に成膜(形成)する。スパッタリング装置を用いてニッケル層11およびチタン層12を形成したが、蒸着装置等の他の成膜方法を用いてもよい。ニッケル層11およびチタン層12は、後述するニッケルシリサイド層を形成するための金属層(第1金属層)である。n型SiC基板1の裏面を例えば(0001)面、すなわちシリコン(Si)面としている。一例としてシリコン(Si)面にニッケルシリサイド層を形成する場合について記載したが、カーボン(C)面であってもシリコン(Si)面と同様に炭素析出層が生成するので、カーボン(C)面に対しても有効である。ニッケル層11の厚さは、例えば20nm以上100nm以下程度であってもよい。チタン層12の厚さは、ニッケル層11の厚さよりも薄くする。具体的には、チタン層12の厚さは、例えば10nm以上60nm以下程度であってもよい。以下、例えば、ニッケル層11の厚さを60nmとし、チタン層12の厚さを36nmとした場合を例に説明する。ここまでの状態が図2に示されている。   First, a nickel (Ni) layer 11 and a titanium (Ti) layer 12 are sequentially formed (formed) on the back surface of an n-type SiC substrate (semiconductor wafer) 1 using a metal film forming apparatus such as a sputtering apparatus. Although the nickel layer 11 and the titanium layer 12 are formed using a sputtering apparatus, other film forming methods such as a vapor deposition apparatus may be used. The nickel layer 11 and the titanium layer 12 are metal layers (first metal layers) for forming a nickel silicide layer described later. The back surface of the n-type SiC substrate 1 is, for example, a (0001) plane, ie, a silicon (Si) plane. As an example, the case where the nickel silicide layer is formed on the silicon (Si) surface has been described. However, the carbon (C) surface also forms a carbon deposition layer in the same manner as the silicon (Si) surface even on the carbon (C) surface. It is also effective against The thickness of the nickel layer 11 may be, for example, about 20 nm to 100 nm. The thickness of the titanium layer 12 is made thinner than the thickness of the nickel layer 11. Specifically, the thickness of the titanium layer 12 may be, for example, about 10 nm to 60 nm. Hereinafter, for example, the case where the thickness of the nickel layer 11 is 60 nm and the thickness of the titanium layer 12 is 36 nm will be described as an example. The state up to this point is shown in FIG.

次に、例えば高速アニール(RTA)により、ニッケル層11およびチタン層12を成膜したn型SiC基板1を加熱する。この加熱処理は、例えば、赤外線ランプを備えた高速アニール装置を用いて、窒素(N2)雰囲気中において975℃以上1200℃以下程度の温度で、2分間以上30分間以下程度行ってもよいし、水素(H2)ガスを4%程度含む窒素雰囲気中において975℃程度の温度で2分間程度行ってもよい。この高速アニールにより、ニッケル層11をシリサイド化してニッケルシリサイド層13を形成することで、n型SiC基板1とニッケルシリサイド層13とのオーミックコンタクトが形成される。この高速アニールにおいては、ニッケル層11とn型SiC基板1とが反応し、ニッケル層11、チタン層12およびn型SiC基板1の裏面の表面層(ニッケル層11と固相反応した厚さ分の表面層)がニッケルシリサイド層13となる。このため、ニッケルシリサイド層13の厚さは、ニッケル層11およびチタン層12の総厚さよりも厚くなる。 Next, the n-type SiC substrate 1 on which the nickel layer 11 and the titanium layer 12 are formed is heated by, for example, rapid annealing (RTA). This heat treatment may be performed, for example, for about 2 minutes to 30 minutes at a temperature of about 975 ° C. to 1200 ° C. in a nitrogen (N 2 ) atmosphere using a high-speed annealing apparatus equipped with an infrared lamp. In a nitrogen atmosphere containing about 4% of hydrogen (H 2 ) gas, the temperature may be about 975 ° C. for about 2 minutes. By this high-speed annealing, the nickel layer 11 is silicided to form the nickel silicide layer 13, thereby forming an ohmic contact between the n-type SiC substrate 1 and the nickel silicide layer 13. In this high-speed annealing, the nickel layer 11 reacts with the n-type SiC substrate 1, and the nickel layer 11, the titanium layer 12, and the surface layer on the back surface of the n-type SiC substrate 1 (thickness by solid-phase reaction with the nickel layer 11). The surface layer) becomes the nickel silicide layer 13. For this reason, the thickness of the nickel silicide layer 13 is larger than the total thickness of the nickel layer 11 and the titanium layer 12.

また、ニッケルシリサイド層13の形成時、n型SiC基板1中の炭素(C)原子は、チタン層12と反応してチタンカーバイド(TiC:不図示)を生成し、ニッケルシリサイド層13の表面付近(n型SiC基板1側に対して反対側の表面付近)に析出される。また、ニッケルシリサイド層13中に、n型SiC基板1の裏面(すなわち、n型SiC基板1とニッケルシリサイド層13との界面)から例えば20nm程度離れた付近に層状に未反応の炭素原子14が残存する。ここまでの状態が図3に示されている。ニッケルシリサイド層13中に層状に残存する炭素原子(以下、炭素析出層とする)14は、脆く、かつ付着性に乏しい。このため、ニッケルシリサイド層13は、わずかな応力で容易に炭素析出層14の部分で破断し、n型SiC基板1の裏面から剥離してしまう。   Further, when the nickel silicide layer 13 is formed, carbon (C) atoms in the n-type SiC substrate 1 react with the titanium layer 12 to generate titanium carbide (TiC: not shown), and the vicinity of the surface of the nickel silicide layer 13. It is deposited (near the surface opposite to the n-type SiC substrate 1 side). In the nickel silicide layer 13, unreacted carbon atoms 14 are layered in the vicinity of, for example, about 20 nm away from the back surface of the n-type SiC substrate 1 (that is, the interface between the n-type SiC substrate 1 and the nickel silicide layer 13). Remains. The state up to here is shown in FIG. The carbon atoms (hereinafter referred to as a carbon deposition layer) 14 remaining in a layer form in the nickel silicide layer 13 are brittle and have poor adhesion. For this reason, the nickel silicide layer 13 is easily broken at the portion of the carbon deposition layer 14 with a slight stress and peeled off from the back surface of the n-type SiC substrate 1.

そこで、例えば研磨によりニッケルシリサイド層13の厚さを薄くし、ニッケルシリサイド層13の表面層(具体的には、ニッケルシリサイド層13の表面のチタンカーバイドの析出物、および、ニッケルシリサイド層13の、炭素析出層14上の部分)ごとニッケルシリサイド層13中の炭素析出層14を除去する。具体的には、ニッケルシリサイド層13の厚さを、少なくとも、成膜(形成)時のニッケル層11およびチタン層12の総厚さ(すなわち60nm+36nm=96nm)分薄くする。より具体的には、ニッケルシリサイド層13の厚さを、例えば、[成膜時のニッケル層11およびチタン層12の総厚さ+15nm]以上、[成膜時のニッケル層11およびチタン層12の総厚さ+30nm]以下程度の厚さ分薄くするのがよい。また、この研磨においては、ニッケルシリサイド層13中の炭素析出層14を完全に除去するとともに、ニッケルシリサイド層13の、炭素析出層14よりもn型SiC基板1側の部分(ニッケルシリサイド層13の、炭素析出層14とn型SiC基板1とに挟まれた部分)を残す。ここまでの状態が図4に示されている。   Therefore, for example, the thickness of the nickel silicide layer 13 is reduced by polishing, and the surface layer of the nickel silicide layer 13 (specifically, precipitates of titanium carbide on the surface of the nickel silicide layer 13 and the nickel silicide layer 13) The carbon deposition layer 14 in the nickel silicide layer 13 is removed together with the portion on the carbon deposition layer 14. Specifically, the thickness of the nickel silicide layer 13 is reduced by at least the total thickness of the nickel layer 11 and the titanium layer 12 (ie, 60 nm + 36 nm = 96 nm) during film formation (formation). More specifically, the thickness of the nickel silicide layer 13 is, for example, [the total thickness of the nickel layer 11 and the titanium layer 12 at the time of film formation + 15 nm] or more, and the thickness of the nickel layer 11 and the titanium layer 12 at the time of film formation. The total thickness should be reduced by a thickness of about 30 nm or less. In this polishing, the carbon deposition layer 14 in the nickel silicide layer 13 is completely removed, and a portion of the nickel silicide layer 13 closer to the n-type SiC substrate 1 than the carbon deposition layer 14 (of the nickel silicide layer 13). The portion sandwiched between the carbon deposition layer 14 and the n-type SiC substrate 1 is left. The state up to this point is shown in FIG.

その後、例えば蒸着装置などの金属成膜装置を用いて、n型SiC基板1の裏面に残るニッケルシリサイド層13上に、チタン層、ニッケル層および金(Au)層を順に蒸着(形成)して裏面電極8となる金属層(第2金属層)を形成する。蒸着装置を用いて裏面電極8となる金属層を形成したが、スパッタリング装置等の他の成膜方法を用いてもよい。裏面電極8を構成するチタン層、ニッケル層および金層の厚さは、例えば、それぞれ70nm、700nmおよび200nmであってもよい。ここまでの状態が図5に示されている。このように、裏面にニッケルシリサイド層13を介して裏面電極8を形成し、かつおもて面側に所定のタイミングでおもて面素子構造を形成したn型SiC基板1を個々のチップ状にダイシング(切断)することにより、図1に示す炭化珪素半導体装置が完成する。   Thereafter, a titanium layer, a nickel layer, and a gold (Au) layer are sequentially deposited (formed) on the nickel silicide layer 13 remaining on the back surface of the n-type SiC substrate 1 using a metal film forming apparatus such as a vapor deposition apparatus. A metal layer (second metal layer) to be the back electrode 8 is formed. Although the metal layer used as the back surface electrode 8 was formed using the vapor deposition apparatus, you may use other film-forming methods, such as a sputtering apparatus. The thickness of the titanium layer, the nickel layer, and the gold layer constituting the back electrode 8 may be, for example, 70 nm, 700 nm, and 200 nm, respectively. The state up to here is shown in FIG. As described above, the n-type SiC substrate 1 in which the back surface electrode 8 is formed on the back surface through the nickel silicide layer 13 and the front surface element structure is formed on the front surface side at a predetermined timing is formed into individual chips. Dicing (cutting) completes the silicon carbide semiconductor device shown in FIG.

上述したようにn型SiC基板1の裏面に裏面電極8を形成することにより、n型SiC基板1のダイシング時、裏面電極8の剥離は生じないことが確認された。   As described above, it was confirmed that the back electrode 8 was not peeled off when the n-type SiC substrate 1 was diced by forming the back electrode 8 on the back surface of the n-type SiC substrate 1.

以上、説明したように、実施の形態によれば、n型SiC基板(半導体ウェハ)の裏面にニッケルシリサイド層を形成した後、ニッケルシリサイド層上に裏面電極を形成する前に、ニッケルシリサイド層の厚さを、少なくとも、ニッケルシリサイド層を形成するためにn型SiC基板の裏面に形成したニッケル層およびチタン層の総厚さ(第1金属層の総厚さ)分薄くすることにより、ニッケルシリサイド層中に残存する脆くかつ、付着性に乏しい炭素析出層を除去することができる。このため、例えばn型SiC基板を個々のチップ状に切断するダイシング時に、ニッケルシリサイド層が破断して裏面電極が剥離することはない。また、実施の形態によれば、ニッケルシリサイド層の厚さを薄くすることでニッケルシリサイド層中の炭素析出層を除去することにより、ニッケルシリサイド層中の炭素析出層を除去するとともに、n型SiC基板の裏面にn型SiC基板とのオーミックコンタクトを形成したニッケルシリサイド層を残すことができる。したがって、裏面電極が剥離することを十分に抑制することができるとともに、n型SiC基板とのオーミックコンタクトを実現した裏面電極を有する特性に優れた炭化珪素半導体装置を作製することができる。   As described above, according to the embodiment, after the nickel silicide layer is formed on the back surface of the n-type SiC substrate (semiconductor wafer) and before the back electrode is formed on the nickel silicide layer, the nickel silicide layer is formed. By reducing the thickness by at least the total thickness of the nickel layer and the titanium layer (total thickness of the first metal layer) formed on the back surface of the n-type SiC substrate to form the nickel silicide layer, the nickel silicide is formed. It is possible to remove the brittle carbon deposit layer having poor adhesion remaining in the layer. For this reason, for example, when dicing the n-type SiC substrate into individual chips, the nickel silicide layer is not broken and the back electrode is not peeled off. In addition, according to the embodiment, by removing the carbon deposition layer in the nickel silicide layer by reducing the thickness of the nickel silicide layer, the carbon deposition layer in the nickel silicide layer is removed and the n-type SiC is removed. A nickel silicide layer having an ohmic contact with the n-type SiC substrate can be left on the back surface of the substrate. Therefore, peeling of the back electrode can be sufficiently suppressed, and a silicon carbide semiconductor device having excellent characteristics having a back electrode that realizes ohmic contact with the n-type SiC substrate can be manufactured.

以上において本発明では、横型のMOSFETを例に説明しているが、これに限らず、縦型のMOSFETや、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)、ダイオードなど、炭化珪素半導体とのオーミックコンタクトを形成した電極を有する様々な炭化珪素半導体デバイスにも適用可能である。また、上述した実施の形態では、n型SiC基板の裏面にニッケルシリサイド層を形成するための第1金属層を、ニッケル層およびチタン層を順に積層(形成)した積層体としているが、ニッケルおよびチタンを含む1層からなる第1金属層を形成した場合においても同様の効果を有する。また、上述した実施の形態では、裏面電極を形成する場合を例に説明しているが、炭化珪素半導体とのオーミックコンタクトを形成したおもて面電極にも適用可能である。また、上述した実施の形態において、n型SiC基板の裏面を研削して、n型SiC基板の厚さを製品厚さまで薄くした後に、n型SiC基板の研削後の裏面にニッケルシリサイド層を形成してもよい。また、上述した実施の形態では、半導体層または半導体基板の導電型(n型、p型)を反転させても同様に成り立つ。   In the above description, the lateral MOSFET has been described as an example in the present invention. However, the present invention is not limited to this, and an ohmic contact with a silicon carbide semiconductor such as a vertical MOSFET, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or a diode is formed. The present invention is also applicable to various silicon carbide semiconductor devices having such electrodes. In the above-described embodiment, the first metal layer for forming the nickel silicide layer on the back surface of the n-type SiC substrate is a stacked body in which a nickel layer and a titanium layer are sequentially stacked (formed). Even when the first metal layer including one layer containing titanium is formed, the same effect is obtained. In the above-described embodiment, the case where the back electrode is formed has been described as an example. However, the present invention can also be applied to the front electrode in which an ohmic contact with the silicon carbide semiconductor is formed. In the embodiment described above, the back surface of the n-type SiC substrate is ground to reduce the thickness of the n-type SiC substrate to the product thickness, and then the nickel silicide layer is formed on the ground back surface of the n-type SiC substrate. May be. In the above-described embodiment, the same holds true even if the conductivity type (n-type, p-type) of the semiconductor layer or the semiconductor substrate is inverted.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体とのオーミックコンタクトを形成した金属電極を備えたパワー半導体装置に有用である。   As described above, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for a power semiconductor device including a metal electrode in which an ohmic contact with a silicon carbide semiconductor is formed.

1 n型SiC基板
2 p+型ソース領域
3 p+型ドレイン領域
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 裏面電極
11 ニッケル層
12 チタン層
13 ニッケルシリサイド層
14 炭素析出層
1 n-type SiC substrate 2 p + type source region 3 p + type drain region 4 gate insulating film 5 gate electrode 6 source electrode 7 drain electrode 8 back electrode 11 nickel layer 12 titanium layer 13 nickel silicide layer 14 carbon deposition layer

Claims (5)

炭化珪素からなる半導体基板の表面に、ニッケルおよびチタンを含む第1金属層を形成する第1金属層形成工程と、
熱処理により前記第1金属層を前記半導体基板と反応させてシリサイド化し、チタンカーバイドを含むニッケルシリサイド層を形成する熱処理工程と、
前記ニッケルシリサイド層の表面層を少なくとも前記第1金属層の厚さ分除去して、前記ニッケルシリサイド層の厚さを薄くする除去工程と、
前記除去工程後に前記半導体基板の表面に残る前記ニッケルシリサイド層の表面に、第2金属層を形成する第2金属層形成工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A first metal layer forming step of forming a first metal layer containing nickel and titanium on a surface of a semiconductor substrate made of silicon carbide;
A heat treatment step of forming a nickel silicide layer containing titanium carbide by reacting the first metal layer with the semiconductor substrate by a heat treatment to form a silicide.
Removing the surface layer of the nickel silicide layer by removing at least the thickness of the first metal layer to reduce the thickness of the nickel silicide layer;
A second metal layer forming step of forming a second metal layer on the surface of the nickel silicide layer remaining on the surface of the semiconductor substrate after the removing step;
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記第1金属層形成工程では、前記半導体基板の(0001)面に前記第1金属層を形成することを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein in the first metal layer forming step, the first metal layer is formed on a (0001) plane of the semiconductor substrate. 前記除去工程では、前記ニッケルシリサイド層の表面層を、前記第1金属層の厚さよりも15nm以上30nm以下の範囲内で厚い厚さ分除去することを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   3. The removal process according to claim 1, wherein in the removing step, the surface layer of the nickel silicide layer is removed by a thickness that is greater than the thickness of the first metal layer within a range of 15 nm to 30 nm. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device. 前記除去工程では、前記ニッケルシリサイド層の表面層から除去するのが炭素析出層であることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   4. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein in the removing step, a carbon deposition layer is removed from the surface layer of the nickel silicide layer. 前記第1金属層形成工程では、前記半導体基板の表面に、ニッケル層およびチタン層を順に形成することにより前記第1金属層を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   5. The method according to claim 1, wherein, in the first metal layer forming step, the first metal layer is formed by sequentially forming a nickel layer and a titanium layer on the surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017162847A (en) * 2016-03-07 2017-09-14 セントラル硝子株式会社 Planarization method for substrate
JP2017168685A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 富士電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
CN110544626A (en) * 2018-05-28 2019-12-06 英飞凌科技股份有限公司 Electrical contacts on silicon carbide substrates
US11081564B2 (en) 2019-02-07 2021-08-03 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006024880A (en) * 2004-06-09 2006-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006344688A (en) * 2005-06-07 2006-12-21 Denso Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2009010098A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2009010096A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Nissan Motor Co Ltd Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method
JP2013222907A (en) * 2012-04-18 2013-10-28 Fuji Electric Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006024880A (en) * 2004-06-09 2006-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006344688A (en) * 2005-06-07 2006-12-21 Denso Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2009010098A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2009010096A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Nissan Motor Co Ltd Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method
JP2013222907A (en) * 2012-04-18 2013-10-28 Fuji Electric Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017162847A (en) * 2016-03-07 2017-09-14 セントラル硝子株式会社 Planarization method for substrate
JP2017168685A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 富士電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
CN110544626A (en) * 2018-05-28 2019-12-06 英飞凌科技股份有限公司 Electrical contacts on silicon carbide substrates
US11798807B2 (en) 2018-05-28 2023-10-24 Infineon Technologies Ag Process for producing an electrical contact on a silicon carbide substrate
CN110544626B (en) * 2018-05-28 2024-04-02 英飞凌科技股份有限公司 Electrical contact on silicon carbide substrate
US11081564B2 (en) 2019-02-07 2021-08-03 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

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