JP2015115374A - Silicon carbide semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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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.
炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)を大幅に上回るバンドギャップや破壊電界強度を有する。このため、半導体スイッチング素子の一部の素子をより低損失な素子で置き換える、または単体で耐圧10kVを超える超高耐圧な半導体スイッチング素子を実現することができる半導体材料として期待されている。炭化珪素を半導体材料として用いた例えばMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)などの半導体スイッチング素子(以下、炭化珪素半導体スイッチング素子とする)は、高周波・高温動作に優れた素子であり、高温環境かつ大電流密度での使用が想定される。このため、表面電極材料として、純度99.00%以上の純アルミニウム(Al)よりもエレクトロマイグレーション耐性に優れるAl−Si合金が採用されている。 Silicon carbide (SiC) has a band gap and a breakdown electric field strength that greatly exceed silicon (Si). For this reason, it is expected as a semiconductor material that can replace a part of the elements of the semiconductor switching element with an element having a lower loss, or can realize a semiconductor switching element having a high withstand voltage exceeding 10 kV alone. A semiconductor switching element (hereinafter referred to as a silicon carbide semiconductor switching element) such as a MOSFET (insulated gate field effect transistor) using silicon carbide as a semiconductor material is an element excellent in high frequency / high temperature operation, Use at high current density is assumed. For this reason, an Al—Si alloy that is more excellent in electromigration resistance than pure aluminum (Al) having a purity of 99.00% or more is employed as the surface electrode material.
表面電極材料としてAl−Si合金を用いる場合、表面電極とその下層(層間絶縁膜や、層間絶縁膜のコンタクトホールに露出する電極)との界面に、表面電極中のSiが髭状や瘤状のSi析出物(Siノジュール)となって析出する。Siノジュールは、表面電極を所定の配線パターン(電極パターン)に成形(パターニング)するためのウェットエッチングに用いる例えばリン酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)および酢酸(CH3COOH)など(以下、リン硝酢酸とする)を含む薬液に溶解しない。このため、Siノジュールは、パターニングされた表面電極間(配線間)に露出された層間絶縁膜に付着した状態または層間絶縁膜の表面層に食い込んだ状態(以下、単に付着とする)で残留する。配線間にSiノジュールが存在する場合、配線間を電気的に絶縁することができない虞がある。このため、ドライエッチングにより、表面電極間に残留するSiノジュールを除去するのが一般的である(例えば、下記特許文献1参照。)。 When an Al—Si alloy is used as the surface electrode material, Si in the surface electrode is in the shape of a bowl or a bump at the interface between the surface electrode and its lower layer (interlayer insulating film or electrode exposed in the contact hole of the interlayer insulating film) This precipitates as Si precipitates (Si nodules). Si nodules are used for wet etching for forming (patterning) a surface electrode into a predetermined wiring pattern (electrode pattern), such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH). Does not dissolve in chemicals containing (hereinafter referred to as phosphonitrate). For this reason, Si nodules remain in a state of being attached to an interlayer insulating film exposed between patterned surface electrodes (between wirings) or a state of being bitten into a surface layer of the interlayer insulating film (hereinafter simply referred to as adhesion). . When Si nodules are present between the wirings, the wirings may not be electrically insulated. For this reason, it is common to remove Si nodules remaining between the surface electrodes by dry etching (see, for example, Patent Document 1 below).
しかしながら、上述した炭化珪素半導体スイッチング素子では、半導体材料中にSi原子とC(炭素)原子とが1:1で存在することに起因して、Siを半導体材料として用いた半導体スイッチング素子よりもゲート絶縁膜中の欠陥密度が高くなり、電気的特性の安定性が損なわれることが知られている。さらに、上述した特許文献1に示す技術では、表面電極材料としてAl−Si合金を用いた場合、ゲート絶縁膜の形成条件によっては、素子表面に残留するSiノジュールを除去するためのドライエッチング時に素子表面がプラズマに晒されることで、オン電圧が設計条件に基づく所定の値から10%〜20%程度低圧側にずれてしまうという問題がある。 However, in the above-described silicon carbide semiconductor switching element, the Si atoms and C (carbon) atoms are present in the semiconductor material in a ratio of 1: 1, so that the gate is more than the semiconductor switching element using Si as the semiconductor material. It is known that the defect density in the insulating film increases and the stability of the electrical characteristics is impaired. Furthermore, in the technique shown in Patent Document 1 described above, when an Al—Si alloy is used as the surface electrode material, depending on the formation conditions of the gate insulating film, the element may be used during dry etching for removing Si nodules remaining on the element surface. When the surface is exposed to plasma, there is a problem that the on-voltage shifts from a predetermined value based on the design condition to the low pressure side by about 10% to 20%.
このようなオン電圧の変動は、ゲート絶縁膜中の欠陥と、Siノジュールのドライエッチングにおいて処理炉内に発生させるプラズマとの相互作用により生じるものと推測される。一方、表面電極材料として純Alを用いる場合には、Siノジュールを除去するためのドライエッチングを行う必要がなくなるため、オン電圧が変動することを回避することができることが本発明者によって確認されている。しかしながら、表面電極材料として純Alを用いた場合、表面電極材料としてAl−Si合金を用いた場合よりも表面電極のエレクトロマイグレーション耐性が低く、素子の寿命を縮めるという問題がある。 Such a variation in on-voltage is presumed to be caused by an interaction between a defect in the gate insulating film and a plasma generated in the processing furnace in the dry etching of the Si nodule. On the other hand, when pure Al is used as the surface electrode material, it is not necessary to perform dry etching for removing Si nodules, and thus the present inventors have confirmed that the on-voltage can be avoided. Yes. However, when pure Al is used as the surface electrode material, there is a problem that the electromigration resistance of the surface electrode is lower than that when an Al—Si alloy is used as the surface electrode material, and the lifetime of the element is shortened.
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、表面電極のエレクトロマイグレーション耐性が高く、かつ所定の電気的特性を安定して得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。 The present invention provides a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which the electromigration resistance of a surface electrode is high and predetermined electrical characteristics can be stably obtained in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、Al−Si層と層間絶縁膜との間にチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)などの高融点金属からなる薄い金属層を設けておき、パターニングされた表面電極間に露出する高融点金属層をウェットエッチングによって除去することで、ドライエッチングを行うことなく、表面電極間に残存するSiノジュールをリフトオフ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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present inventor has made extensive studies, and as a result, titanium (Ti), zirconium (Zr) or hafnium (Hf) between the Al-Si layer and the interlayer insulating film. A thin metal layer made of a refractory metal such as) is provided, and the refractory metal layer exposed between the patterned surface electrodes is removed by wet etching so that it remains between the surface electrodes without performing dry etching. It has been found that Si nodules can be lifted off. The present invention has been made based on such knowledge.
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ウエハの表面にデバイス構造を形成する第1形成工程を行う。次に、前記半導体ウエハ上に、前記デバイス構造を覆う絶縁膜を形成する第2形成工程を行う。次に、前記絶縁膜を選択的に除去し、前記デバイス構造を構成する導電部を露出させる露出工程を行う。次に、前記絶縁膜上に、前記導電部に接して、融点の高い金属からなる第1金属層を形成する第3形成工程を行う。次に、前記第1金属層上に、アルミニウムおよびシリコンからなる第2金属層を形成する第4形成工程を行う。次に、第1のウェットエッチングにより、前記第2金属層を所定のパターンに成形する成形工程を行う。次に、前記成形工程によって成形された前記第2金属層の間に露出された前記第1金属層を第2のウェットエッチングにより除去する除去工程を行う。 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, the 1st formation process which forms a device structure on the surface of a semiconductor wafer which consists of silicon carbide is performed. Next, a second forming step is performed for forming an insulating film covering the device structure on the semiconductor wafer. Next, an exposure process is performed in which the insulating film is selectively removed to expose the conductive portions constituting the device structure. Next, a third forming step is performed in which a first metal layer made of a metal having a high melting point is formed on the insulating film in contact with the conductive portion. Next, a fourth forming step of forming a second metal layer made of aluminum and silicon on the first metal layer is performed. Next, a forming process for forming the second metal layer into a predetermined pattern is performed by first wet etching. Next, a removal step of removing the first metal layer exposed between the second metal layers formed by the forming step by a second wet etching 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金属層は、チタン、ジルコニウムおよびハフニウムの少なくとも1つ以上からなることを特徴とする。 In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first metal layer is made of at least one of titanium, zirconium, and hafnium.
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金属層の厚さは、前記第3形成工程によって前記第1金属層と前記第2金属層との界面に析出するシリコンの析出物の粒径の半分の寸法よりも厚いことを特徴とする。 In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, the thickness of the first metal layer is the interface between the first metal layer and the second metal layer in the third forming step. It is characterized in that it is thicker than half the grain size of the silicon precipitate deposited on the substrate.
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金属層の厚さは、100nm以上200nm以下であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the thickness of the first metal layer is not less than 100 nm and not more than 200 nm.
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2金属層の厚さは、前記第1金属層の厚さよりも厚いことを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the thickness of the second metal layer is larger than the thickness of the first metal 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形成工程では、前記デバイス構造として、前記半導体ウエハの表面に前記絶縁膜よりも厚さの薄いゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記デバイス構造として、前記半導体ウエハの表面に、前記ゲート電極と電気的に絶縁された入力電極を形成する工程と、を含み、前記露出工程では、前記導電部として前記ゲート電極および前記入力電極を露出させることを特徴とする。 According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first formation step, the device structure has a gate insulating film that is thinner than the insulating film on the surface of the semiconductor wafer as the device structure. Forming a gate electrode through the substrate, and forming, as the device structure, an input electrode electrically insulated from the gate electrode on the surface of the semiconductor wafer, and in the exposing step, The gate electrode and the input electrode are exposed as a conductive portion.
上述した発明によれば、表面電極材料としてアルミニウムおよびシリコンを含む金属層を用いることにより、表面電極のエレクトロマイグレーション耐性を高くすることができる。また、表面電極材料としてアルミニウムおよびシリコンを含む金属層を用いた場合においても、ドライエッチングを用いずに、表面電極のパターニング後に素子表面に残存するシリコンの析出物を除去することができるため、オン電圧が設計条件に基づく所定の値からずれることを回避することができる。 According to the above-described invention, the electromigration resistance of the surface electrode can be increased by using the metal layer containing aluminum and silicon as the surface electrode material. Even when a metal layer containing aluminum and silicon is used as the surface electrode material, it is possible to remove silicon deposits remaining on the element surface after patterning the surface electrode without using dry etching. It is possible to avoid the voltage from deviating from a predetermined value based on the design conditions.
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、表面電極のエレクトロマイグレーション耐性を高くすることができ、かつ所定の電気的特性を安定して得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 of the present invention, it is possible to increase the electromigration resistance of the surface electrode and to obtain predetermined electrical characteristics stably.
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。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. 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ついて、炭化珪素を半導体材料として用いたnチャネル型MOSFETを製造する場合を例に説明する。図1〜6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示す断面図である。まず、例えば単結晶からなるn型炭化珪素ウエハ1の上に、所定のデバイス構造を形成する。具体的には、薬液洗浄や犠牲酸化などの方法で予め清浄化されたn型炭化珪素ウエハ1を用意する。次に、n型炭化珪素ウエハ1のおもて面上に、例えばエピタキシャル成長によりn-型ドリフト層2を成長させる。次に、例えばイオン注入により、n-型ドリフト層2の、n型炭化珪素ウエハ1側に対して反対側の表面層にp型ウェル層3を選択的に形成する。
(Embodiment)
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment will be described by taking an example of manufacturing an n-channel MOSFET using silicon carbide as a semiconductor material. FIGS. 1-6 is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment. First, a predetermined device structure is formed on an n-type silicon carbide wafer 1 made of, for example, a single crystal. Specifically, n-type silicon carbide wafer 1 previously prepared by a method such as chemical cleaning or sacrificial oxidation is prepared. Next, the n −
次に、例えばイオン注入により、p型ウェル層3の内部にn+型高濃度領域4を選択的に形成する。次に、p型ウェル層3の、n+型高濃度領域4とn-型ドリフト層2とに挟まれた部分の表面上に、ゲート絶縁膜5を介してゲート電極(導電部)6を形成する。次に、n-型ドリフト層2の、n型炭化珪素ウエハ1側に対して反対側の表面に、p型ウェル層3、n+型高濃度領域4、ゲート絶縁膜5およびゲート電極6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)構造を被覆(密封)するように層間絶縁膜7を形成する。ここまでの状態が図1に示されている。
Next, the n + type
次に、層間絶縁膜7を選択的に除去して第1コンタクトホール8を形成し、第1コンタクトホール8にn+型高濃度領域4を露出させる。次に、一般的な方法により、第1コンタクトホール8に露出するn+型高濃度領域4にオーミック接触するオーミック電極(導電部)9を形成する。オーミック電極9の材料は、例えば、ニッケル(Ni)を主成分とするNi合金を用いてもよい。このNi合金の組成や、オーミックシンタリング(熱処理)の条件などは設計条件に合わせて種々変更可能である。層間絶縁膜7に第1コンタクトホール8を形成する方法として、例えばドライエッチングを用いてもよい。ここまでの状態が図2に示されている。
Next, the
次に、層間絶縁膜7を選択的に除去して第2コンタクトホール(ゲートコンタクトホール)10を形成し、第2コンタクトホール10にゲート電極6を露出させる。層間絶縁膜7に第2コンタクトホール10を形成する方法として、例えばウェットエッチングを用いてもよい。ここまでの状態が図3に示されている。
Next, the
次に、層間絶縁膜7上に高融点金属層(第1金属層)11を成膜(形成)する。このとき、第1,2コンタクトホール8,10にそれぞれ露出するオーミック電極9およびゲート電極6に接するように、第1,2コンタクトホールの内壁に沿って高融点金属層11を形成する。高融点金属層11を形成する方法として、例えばスパッタリングなど一般的な方法を用いればよい。高融点金属層11は、表面電極の第1層である。高融点金属層11の厚さは、後述するSiノジュール13の平均粒径(直径)の半分の寸法よりも厚くする。高融点金属層11の厚さをSiノジュール13の平均粒径の半分の寸法よりも厚くする理由は、後述のSiノジュール除去工程において、高融点金属層11の厚さが上記条件以下であると、Siノジュール13でマスクされている領域の高融点金属層11を完全に除去することができず、層間絶縁膜7の表面からSiノジュール13を十分に分離することができない虞があるからである。また、高融点金属層11の厚さは、後述する第2のウェットエッチングによって高融点金属層11をパターニングする際の安定性を考慮して可能な限り薄くするのが好ましく、例えば100nm以上200nm以下程度であるのがよい。
Next, a refractory metal layer (first metal layer) 11 is formed (formed) on the
高融点金属層11の電極材料として、比較的融点の高い例えばチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)およびハフニウム(Hf)のいずれかの金属、またはこれらの金属を1つ以上含む合金を用いるのがよい。なお、炭化珪素半導体スイッチング素子の電極材料として一般的に用いるアルミニウム(Al)やニッケル(Ni)は、高融点金属層11の材料として好ましくない。その理由は、次の通りである。アルミニウムは、高温環境かつ大電流密度での使用において例えばエレクトロマイグレーション耐性が低いなど安定性が悪いからである。ニッケルは、高温域において層間絶縁膜7の中に拡散し絶縁破壊が生じる虞があるからである。すなわち、高融点金属層11の電極材料には、高温環境かつ大電流密度での使用において安定性が高く、かつ高温域において層間絶縁膜7の中に拡散しにくい金属を用いるのがよい。
As an electrode material for the
次に、第1,2コンタクトホール8,10を埋め込むように、高融点金属層11上にアルミニウム(Al)およびシリコン(Si)を含む金属層(以下、Al−Si層(第2金属層)とする)12を成膜する。具体的には、Al−Si層12は、例えば1wt%程度のシリコンを含有するアルミニウム合金層であってもよい。Al−Si層12を形成する方法として、例えばスパッタリングなど一般的な方法を用いればよい。このようにAl−Si層12を形成することにより、Al−Si層12と高融点金属層11との界面に、Al−Si層12中のSiが球状や瘤状のSi析出物(Siノジュール)13となって析出する。Al−Si層12は、表面電極の第2層である。すなわち、高融点金属層11およびAl−Si層12を順に積層して表面電極を形成する。ここまでの状態が図4に示されている。
Next, a metal layer containing aluminum (Al) and silicon (Si) (hereinafter referred to as an Al-Si layer (second metal layer)) on the
次に、フォトリソグラフィおよび第1のウェットエッチングによってAl−Si層12を所定の配線パターンに成形(パターニング)する。このパターニングにより、第1コンタクトホール8の内部において高融点金属層11を介してオーミック電極9に接するAl−Si配線層12aと、第2コンタクトホール10の内部において高融点金属層11を介してゲート電極6に接するAl−Si配線層12bとを形成する。Al−Si配線層12a,12b間(以下、パターン開口部14とする)には高融点金属層11が露出される。第1のウェットエッチングの薬液として、例えばリン酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)および酢酸(CH3COOH)など(リン硝酢酸)を含む薬液(成分は種々変更可能)を用いてもよい。Siノジュール13は、リン硝酢酸を含む殆どの薬液に溶解しない。このため、第1のウェットエッチングが終了した時点では、Siノジュール13は、パターン開口部14に露出する高融点金属層11に付着した状態で残存している。すなわち、素子表面にSiノジュール13が付着した状態となっている。ここまでの状態が図5に示されている。
Next, the Al—
第1のウェットエッチングによってAl−Si層12をパターニングすることにより、ドライエッチングによってAl−Si層12をパターニングする場合よりもスループットを向上させることができる。また、ドライエッチングによってAl−Si層12をパターニングする場合、オン電圧が変動し、設計条件に基づいて設定された所定のオン電圧を維持することができない虞があるが、本発明においては、第1のウェットエッチングによってAl−Si層12をパターニングするため、オン電圧が変動することを回避することができる。
By patterning the Al—
次に、例えばアンモニア(NH3)および過酸化水素(H2O2)を含む混合液(成分は種々変更可能)などの薬液を用いた第2のウェットエッチングによって高融点金属層11をパターニングし、パターン開口部14に露出する高融点金属層11を除去する。この第2のウェットエッチングは、深さ方向および基板主面に平行な方向(以下、横方向とする)に等方的に進む。このため、高融点金属層11の、Siノジュール13が付着していない部分から深さ方向にエッチングが進むとともに、深さ方向へのエッチング深さと同程度の幅で、Siノジュール13の周囲から横方向に、高融点金属層11の、Siノジュール13直下の部分にエッチングが進む。このため、上述したように高融点金属層11の厚さをSiノジュール13の平均粒径の半分の寸法よりも厚くすることにより、深さ方向へのエッチングが高融点金属層11の厚さ分進んだ時点で、高融点金属層11の、Siノジュール13直下の部分はSiノジュール13の直径以上の幅で除去される。すなわち、深さ方向に進むエッチングによって高融点金属層11の、Siノジュール13が付着していない部分が完全に除去された時点で、高融点金属層11の、Siノジュール13直下の部分も完全に除去される。このようにパターン開口部14の内部においてSiノジュール13の付着している部分(高融点金属層11)を除去することで、パターン開口部14に残存するSiノジュール13が素子表面から剥離(リフトオフ)され除去される。ここまでの状態が図6に示されている。
Next, the
第2のウェットエッチングに用いる薬液によってAl−Si層12の平面パターン(配線形状)が顕著に変化する虞がある場合には、第2のウェットエッチング前に、予めフォトリソグラフィによりAl−Si層12を覆う保護膜(不図示)を形成しておけばよい。また、第2のウェットエッチングには、例えばフッ化アンモニウム(NH4F)などのフッ化物を含まない薬液を用いるのがよい。その理由は、第2のウェットエッチング時に高融点金属層11の下層の層間絶縁膜7が殆どエッチングされないため、ほぼ第2のウェットエッチング前の厚さで層間絶縁膜7の厚さを維持することができるからである。
When there is a possibility that the planar pattern (wiring shape) of the Al—
その後、例えばAl−Si配線層12a,12bを覆うようにウエハおもて面側にパッシベーション保護膜(不図示)を形成するなど、配線層形成以降の一般的な工程を行った後、個々のチップに切断(ダイシング)することにより、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置が完成する。 Thereafter, after performing general steps after the formation of the wiring layer, such as forming a passivation protection film (not shown) on the front side of the wafer so as to cover the Al—Si wiring layers 12a and 12b, for example, The silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is completed by cutting (dicing) the chip.
以上、説明したように、実施の形態によれば、Al−Si層と層間絶縁膜との間に高融点金属層を設けることにより、Al−Si層の形成時に生じるSiノジュールは、Al−Si層と高融点金属層との界面に析出し、高融点金属層の下層の層間絶縁膜に直接付着しない。従来方法では、Siノジュールは、Al−Si層と層間絶縁膜との界面に析出し、層間絶縁膜に直接付着するため、Al−Si層のパターニング後、パターン開口部に露出する層間絶縁膜に付着しているSiノジュールをドライエッチングにより除去するしかなく、オン電圧の変動を考慮して素子設計を行う必要があった。それに対して、実施の形態によれば、Siノジュールは高融点金属層に付着するため、パターン開口部に露出する高融点金属層をウェットエッチングによって除去することにより、ドライエッチングを行うことなく、素子表面に残存するSiノジュールを除去することができる。したがって、オン電圧の変動を考慮して素子設計を行う必要がなく、素子設計が容易となる。すなわち、実施の形態によれば、表面電極材料としてAl−Si合金を用いて表面電極のエレクトロマイグレーション耐性を高くして、素子の信頼性を向上させることができる。かつ、表面電極材料としてAl−Si合金を用いた場合であっても、オン電圧が変動することを回避して、配線間の電気的な絶縁性を向上させることができるため、所定の電気的特性を安定して得ることができ、歩留りを向上させることができる。 As described above, according to the embodiment, by providing the refractory metal layer between the Al—Si layer and the interlayer insulating film, the Si nodules generated when the Al—Si layer is formed are Al—Si. It precipitates at the interface between the layer and the refractory metal layer and does not directly adhere to the interlayer insulating film below the refractory metal layer. In the conventional method, Si nodules are deposited at the interface between the Al-Si layer and the interlayer insulating film and adhere directly to the interlayer insulating film. The adhering Si nodules must be removed by dry etching, and it was necessary to design the element in consideration of fluctuations in the on-voltage. In contrast, according to the embodiment, since Si nodules adhere to the refractory metal layer, by removing the refractory metal layer exposed in the pattern opening by wet etching, the element can be obtained without performing dry etching. Si nodules remaining on the surface can be removed. Therefore, it is not necessary to design the device in consideration of the on-voltage variation, and the device design is facilitated. That is, according to the embodiment, the electromigration resistance of the surface electrode can be increased by using an Al—Si alloy as the surface electrode material, and the reliability of the element can be improved. Even when an Al—Si alloy is used as the surface electrode material, it is possible to avoid fluctuations in the on-voltage and improve electrical insulation between the wirings. The characteristics can be obtained stably, and the yield can be improved.
また、製造工程中にドライエッチング工程が含まれる場合、一般的にドライエッチング工程は枚葉処理であるため、スループットを向上させるにはドライエッチャーを複数台用意する必要があるが、実施の形態によれば、バッチ処理が可能なウェットエッチング工程によって表面電極のパターニングおよびSiノジュールの除去を行うため、スループットを大幅に向上させることができる。 In addition, when a dry etching process is included in the manufacturing process, since the dry etching process is generally a single wafer process, it is necessary to prepare a plurality of dry etchers in order to improve throughput. According to this, since the surface electrode patterning and the Si nodule removal are performed by a wet etching process capable of batch processing, the throughput can be greatly improved.
以上において本発明では、nチャネル型MOSFETを例に説明しているが、上述した実施の形態に限らず、表面電極材料としてAl−Si合金を用いたさまざまな構成のMOSゲート型半導体装置に適用可能である。また、本発明は、基板片面に電極を有する横型半導体装置や、基板両面に電極を有する縦型半導体装置のいずれの構造にも適用可能である。すなわち、本発明を適用して横型半導体装置を作製(製造)する場合、表面電極のパターニングによりゲート電極用、入力電極用および出力電極用の配線層をそれぞれ形成すればよい。本発明を適用して縦型半導体装置を作製する場合、表面電極のパターニングによりゲート電極用および入力電極用の配線層をそれぞれ形成し、炭化珪素ウエハの裏面に出力電極となる裏面電極を形成すればよい。また、本発明は、導電型を反転させても同様に成り立つ。 In the above description, the present invention has been described by taking an n-channel MOSFET as an example. Is possible. The present invention can be applied to any structure of a horizontal semiconductor device having electrodes on one side of a substrate and a vertical semiconductor device having electrodes on both sides of a substrate. That is, when a horizontal semiconductor device is manufactured (manufactured) by applying the present invention, the gate electrode, input electrode, and output electrode wiring layers may be formed by patterning the surface electrode. When a vertical semiconductor device is manufactured by applying the present invention, a wiring layer for a gate electrode and an input electrode is formed by patterning the surface electrode, and a back electrode serving as an output electrode is formed on the back surface of the silicon carbide wafer. That's fine. Further, the present invention is similarly established even when the conductivity type is reversed.
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、スイッチング素子などに使用される炭化珪素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 silicon carbide semiconductor device used for a switching element or the like.
1 n型炭化珪素ウエハ
2 n-型ドリフト層
3 p型ウェル層
4 n+型高濃度領域
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 層間絶縁膜
8 第1コンタクトホール
9 オーミック電極
10 第2コンタクトホール
11 高融点金属層
12 Al−Si層
13 Siノジュール
14 Al−Si層のパターン開口部
1 n-type silicon carbide wafer 2 n − type drift layer 3 p type well layer 4 n + type
Claims (6)
前記半導体ウエハ上に、前記デバイス構造を覆う絶縁膜を形成する第2形成工程と、
前記絶縁膜を選択的に除去し、前記デバイス構造を構成する導電部を露出させる露出工程と、
前記絶縁膜上に、前記導電部に接して、融点の高い金属からなる第1金属層を形成する第3形成工程と、
前記第1金属層上に、アルミニウムおよびシリコンからなる第2金属層を形成する第4形成工程と、
第1のウェットエッチングにより、前記第2金属層を所定のパターンに成形する成形工程と、
前記成形工程によって成形された前記第2金属層の間に露出された前記第1金属層を第2のウェットエッチングにより除去する除去工程と、
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 forming step of forming a device structure on a surface of a semiconductor wafer made of silicon carbide;
A second forming step of forming an insulating film covering the device structure on the semiconductor wafer;
An exposure step of selectively removing the insulating film and exposing a conductive portion constituting the device structure;
A third forming step of forming a first metal layer made of a metal having a high melting point on the insulating film in contact with the conductive portion;
A fourth forming step of forming a second metal layer made of aluminum and silicon on the first metal layer;
A forming step of forming the second metal layer into a predetermined pattern by a first wet etching;
A removal step of removing the first metal layer exposed between the second metal layers formed by the forming step by a second wet etching;
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記デバイス構造として、前記半導体ウエハの表面に前記絶縁膜よりも厚さの薄いゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記デバイス構造として、前記半導体ウエハの表面に、前記ゲート電極と電気的に絶縁された入力電極を形成する工程と、を含み、
前記露出工程では、前記導電部として前記ゲート電極および前記入力電極を露出させることを特徴とする請求項1〜5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。 In the first forming step,
As the device structure, forming a gate electrode on the surface of the semiconductor wafer through a gate insulating film thinner than the insulating film;
Forming the input electrode electrically insulated from the gate electrode on the surface of the semiconductor wafer as the device structure; and
6. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein in the exposing step, the gate electrode and the input electrode are exposed as the conductive portion.
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