JP2018049927A - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)で構成される半導体素子に形成される電極のオーミック接触を実現することができるSiC半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a SiC semiconductor device capable of realizing ohmic contact of electrodes formed on a semiconductor element made of silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) and a method for manufacturing the same.
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としては、半導体材料としてSi(シリコン)を用いたものが主流である。一方、Si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SiCは、Si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として、近年、SiCを応用する研究がなされている。 As a semiconductor device conventionally used as a power device, one using Si (silicon) as a semiconductor material is mainstream. On the other hand, SiC, which is a semiconductor with a wider band gap than Si (hereinafter referred to as a wide gap semiconductor), has a thermal conductivity three times that of Si, a maximum electric field strength of 10 times, and an electron drift speed of twice. It has a physical property value. For this reason, in recent years, studies have been made on application of SiC as a power device having a high dielectric breakdown voltage and low loss and capable of operating at high temperatures.
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配線用電極を有する縦型の半導体デバイスが主流である。この縦型の半導体デバイスの配線用電極には、様々な材料および構造が用いられており、SiCデバイスにおける配線用電極として、シリサイド層の表面にTi(チタン)層を介して、Ni(ニッケル)層およびAu(金)層もしくはAg(銀)層などの積層体を成膜した構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As the structure of the power device, a vertical semiconductor device having a wiring electrode provided with a low-resistance ohmic electrode on the back side is the mainstream. Various materials and structures are used for the wiring electrodes of this vertical semiconductor device. As wiring electrodes in SiC devices, Ni (nickel) is formed on the surface of the silicide layer via a Ti (titanium) layer. A structure in which a laminated body such as a layer and an Au (gold) layer or an Ag (silver) layer is formed has been proposed (for example, see Patent Document 1).
SiC上にNiシリサイド等で構成されるシリサイド層を形成する際に、充分に低いオーミックを確保するには高温熱処理が必要である。その反面、SiCにおいてオーミックを得るために必要な高温熱処理をSiC基板の全体に対して行うとSiC基板に形成したデバイスへの影響が懸念される。このため、レーザアニールを用いた局所的な高温熱処理によってシリサイド層を形成し、デバイスへの影響を抑制することが必要となる。 When a silicide layer made of Ni silicide or the like is formed on SiC, high-temperature heat treatment is required to secure a sufficiently low ohmic. On the other hand, if high temperature heat treatment necessary for obtaining ohmic in SiC is performed on the entire SiC substrate, there is a concern about the influence on the device formed on the SiC substrate. For this reason, it is necessary to form a silicide layer by local high-temperature heat treatment using laser annealing to suppress the influence on the device.
ここで、配線用電極については、高温熱処理後に形成することになるが、Tiなどで構成される配線用電極とNiシリサイド等で構成されるシリサイド層とは接触しているものの反応性に乏しい。このため、シリサイド層と配線用電極との密着性が確保できず、シリサイド層からの配線用電極の剥がれを引き起こす要因となる。 Here, the wiring electrode is formed after the high-temperature heat treatment. However, although the wiring electrode made of Ti or the like and the silicide layer made of Ni silicide or the like are in contact, the reactivity is poor. For this reason, the adhesion between the silicide layer and the wiring electrode cannot be ensured, which causes the wiring electrode to peel off from the silicide layer.
本発明は上記点に鑑みて、シリサイド層と配線用電極との間の密着性を確保することができるSiC半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a SiC semiconductor device and a method for manufacturing the same that can ensure adhesion between a silicide layer and a wiring electrode.
上記目的を達成するため、請求項1に記載のSiC半導体装置において、オーミック電極(11)は、半導体基板(1)の一面側に形成された金属シリサイドにて構成されるシリサイド層(11b)と、シリサイド層の上に形成され、シリサイド層と合金化する金属によって構成された接合金属層(11c)と、接合金属層を介してシリサイド層の上に形成された配線用電極(11d)と、を有して構成されている。
In order to achieve the above object, in the SiC semiconductor device according to
このように、シリサイド層と配線用電極との間に、シリサイド層と合金化する金属によって構成された接合金属層を備え、接合金属層とシリサイド層とが合金化するようにしている。これにより、接合金属層を介してシリサイド層と配線用電極との密着性を高めることができる。そして、シリサイド層と配線用電極との密着性を高めることができるので、配線用電極がシリサイド層から剥がれることを抑制することが可能となる。 As described above, a bonding metal layer made of a metal alloying with the silicide layer is provided between the silicide layer and the wiring electrode, and the bonding metal layer and the silicide layer are alloyed. As a result, the adhesion between the silicide layer and the wiring electrode can be enhanced via the bonding metal layer. Since the adhesion between the silicide layer and the wiring electrode can be improved, it is possible to prevent the wiring electrode from being peeled off from the silicide layer.
請求項7に記載のSiC半導体装置の製造方法では、半導体基板(1)の一面にSiC中のCと反応してカーバイドを形成する第1金属薄膜(50a)を形成することと、第1金属膜の上に、SiC中のSiと反応してシリサイドを形成する第2金属薄膜(50b)を形成することと、第1金属膜および第2金属膜に対してレーザ光(60)を照射してレーザアニールを行うことで、金属カーバイドにて構成されるカーバイド層(11a)を形成すると共にカーバイド層と接する金属シリサイドにて構成されるシリサイド層(11b)とを形成することと、シリサイド層の上に、該シリサイド層と合金化する金属によって構成される接合金属層(11c)を形成することと、接合金属層を介してシリサイド層の上に配線用電極(11d)を形成することと、を含んでいる。
In the manufacturing method of the SiC semiconductor device according to
このように、レーザアニールによってカーバイド層およびシリサイド層を形成する場合において、シリサイド層と配線用電極との間に、シリサイド層と合金化する金属によって構成された接合金属層を備えるようにしている。これにより、接合金属層を介してシリサイド層と配線用電極との密着性を高めることができる。そして、シリサイド層と配線用電極との密着性を高めることができるので、配線用電極がシリサイド層から剥がれることを抑制することが可能となる。 As described above, when the carbide layer and the silicide layer are formed by laser annealing, a bonding metal layer made of a metal alloyed with the silicide layer is provided between the silicide layer and the wiring electrode. As a result, the adhesion between the silicide layer and the wiring electrode can be enhanced via the bonding metal layer. Since the adhesion between the silicide layer and the wiring electrode can be improved, it is possible to prevent the wiring electrode from being peeled off from the silicide layer.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。まず、図1を参照して、本実施形態にかかるSiC半導体装置について説明する。本実施形態では、縦型の半導体素子としてのプレーナ型の縦型パワーMOSFETを備えるSiC半導体装置について説明する。本SiC半導体装置は、例えばインバータに適用すると好適なものである。
(First embodiment)
A first embodiment will be described. First, the SiC semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an SiC semiconductor device including a planar vertical power MOSFET as a vertical semiconductor element will be described. This SiC semiconductor device is suitable when applied to, for example, an inverter.
縦型パワーMOSFETは、n+型SiC基板1を用いて形成されている。n+型SiC基板1は、上面を主表面1aとし、主表面1aの反対面である下面を裏面1bとしており、単結晶SiCからなるものである。例えば、n+型SiC基板1として、厚さが350μm、不純物濃度が1×1018cm-3のものを用いている。
The vertical power MOSFET is formed using an n +
n+型SiC基板1の主表面1a上には、n+型SiC基板1よりも低いドーパント濃度を有するSiCにて構成されたn-型エピタキシャル層(以下、n-型エピ層という)2が積層されている。
On the main surface 1a of the n + -
n-型エピ層2の表層部における所定領域には、所定深さを有するp-型ベース領域3a、3bが互いに離れて形成されている。また、p-型ベース領域3a、3bには、一部厚さが厚くなったディープベース層30a、30bが備えられている。このディープベース層30a、30bは、後述するn+型ソース領域4a、4bに重ならない部分に形成されている。そして、p-型ベース領域3a、3bのうちディープベース層30a、30bが形成された厚みの厚くなった部分が、ディープベース層30a、30bが形成されていない厚みの薄い部分よりも不純物濃度が濃くなっている。このようなディープベース層30a、30bを形成することによって、n+型SiC基板1とディープベース層30a、30bとの間の電界強度を高くすることができ、この位置でアバランシェブレークダウンさせ易くすることができる。
In a predetermined region in the surface layer portion of the n −
p-型ベース領域3aの表層部における所定領域には、当該p-型ベース領域3aよりも浅いn+型ソース領域4aが形成されている。また、p-型ベース領域3bの表層部における所定領域には、当該p-型ベース領域3bよりも浅いn+型ソース領域4bが形成されている。
p - is a predetermined region in the surface layer of
さらに、n+型ソース領域4aとn+型ソース領域4bとの間におけるn-型エピ層2およびp-型ベース領域3a、3bの表面部にはn-型層5aおよびn+型層5bからなるn型SiC層5が延設されている。つまり、p-型ベース領域3a、3bの表面部においてソース領域4a、4bとn-型エピ層2とを繋ぐようにn型SiC層5が配置されている。このn型SiC層5は、デバイスの動作時にデバイス表面においてチャネル形成層として機能する。以下、n型SiC層5を表面チャネル層という。
Further, n − -
表面チャネル層5は、例えばn-型エピ層2およびp-型ベース領域3a、3bの表面部にn型不純物をイオン注入することで形成されている。表面チャネル層5のうちp-型ベース領域3a、3bの上部に配置されたn-型層5aのドーパント濃度は、n-型エピ層2およびp-型ベース領域3a、3bのドーパント濃度以下、例えば1×1015〜1×1017cm-3程度の低濃度となっている。また、n-型エピ層2の表面部に形成されたn+型層5bのドーパント濃度は、n-型エピ層2よりも高濃度とされている。これにより、低オン抵抗化が図られている。
The
また、p-型ベース領域3a、3b、n+型ソース領域4a、4bの表面部には凹部6a、6bが形成されており、凹部6a、6bの底部からp-型ベース領域3a、3bが露出させられている。
Further, p -
表面チャネル層5の上面およびn+型ソース領域4a、4bの上面にはシリコン酸化膜などで構成されるゲート絶縁膜7が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜7の上にはゲート電極8が形成されており、ゲート電極8はシリコン酸化膜などで構成される絶縁膜9にて覆われている。また、絶縁膜9の上には、表面電極に相当するソース電極10が形成されている。このソース電極10は、絶縁膜9に形成されたコンタクトホールおよび上述した凹部6a、6bを通じて、n+型ソース領域4a、4bおよびp-型ベース領域3a、3bと接している。
A
そして、n+型基板1の裏面1bに、ドレイン電極11が形成されている。本実施形態の場合、ドレイン電極11はオーミック電極とされており、後述する図2(d)に示すように、カーバイド層11a、シリサイド層11b、接合金属層11cおよび配線用電極11dの積層構造によって構成されている。
A
カーバイド層11aは、SiC中のCと結合することで形成された金属カーバイドによって構成されている。例えば、カーバイド層11aは、カーバイド化する第1金属であるMo(モリブデン)、Ti、Nb(ニオブ)、W(タングステン)、Ta(タンタル)等のカーバイドによって構成されている。カーバイド層11aの厚みは任意であるが、10nm以上、例えば70nmとなっている。カーバイド層11aについては、後述するシリサイド層11bを形成する際に必然的に残るCを捕捉するためのものであり、すべてがカーバイド化している必要はなく、第1金属のままの状態で残っている部分があっても良い。
The
シリサイド層11bは、SiC中のSiと結合することで形成された金属シリサイドによって構成されており、SiCとオーミックを得るための層である。例えば、シリサイド層11bは、シリサイド化する第2金属であるNi、Co(コバルト)等によって構成されている。シリサイド層11bの厚みについても任意であるが、10nm以上、例えば100nmとなっている。シリサイド層11bについては、少なくともSiCとの界面においてシリサイド化したものであれば良く、SiCと反対側の面において第2金属のままのものが残っていても良い。
The
なお、ここではカーバイド層11aとシリサイド層11bとを積層構造として図示してあるが、必ずしも積層構造である必要はない。すなわち、カーバイド層11aがシリサイド層11b中に入り込んでいる構造であっても、シリサイド層11bとSiCとの界面もしくはシリサイド層11b中に点在している構造とされていても良い。カーバイド層11aについては、接触抵抗の増加を招くことから、シリサイド層11bとSiCとの界面に存在していても薄くなっていることが好ましく、分断されて点在している構造とされているとより好ましい。さらに、カーバイド層11aが分断されて点在しつつ、SiCから離れるように存在しているとシリサイド層11bとSiCとの接触面積が増えることから、更に良好なオーミック特性を得ることが可能となる。
Although the
また、カーバイド層11aを形成しなくても、シリサイド層11bを形成することでオーミックを得ることは可能である。しかしながら、SiC中のCによってカーバイド層11aが構成されないようにするとカーボン層が形成されることになり、繋がったカーボン層からシリサイド層11bやSiCが剥離が生じ得る。このため、カーバイド層11aを構成しつつ、カーバイド層11aが薄くされること、もしくは点在した構造とされることが好ましい。
Further, it is possible to obtain ohmic by forming the
接合金属層11cは、シリサイド層11bと合金層を構成する第3金属によって構成されており、例えばNi、Al(アルミニウム)、Al−Siなどによって構成されている。接合金属層11cは、シリサイド層11bとの界面において合金化されている。具体的には、接合金属層11cは、シリサイド層11bからSiを取り込んでシリサイド合金層となっている。接合金属層11c中におけるSi含有比率はシリサイド層11b中におけるSi含有比率と比較して小さくなっている。例えば、シリサイド層11bに使用される第2金属や接合金属層11cに使用される第3金属を共にNiとした場合、前者がNi:Si=1:1〜1:2程度、後者がNi:Si=2:1程度となっている。
The
なお、接合金属層11cは、すべてがSiを取り込んだシリサイド合金層とされている必要はない。接合金属層11c中のSi含有比率についても、接合金属層11c中の全域においてSi含有比率が均一であっても良いが、全域において均一である必要はない。特に、接合金属層11cにおけるSi含有比率がシリサイド層11b側において高く、配線用電極11d側に向かうほど少なくなっていると良い。接合金属層11cと配線用電極11dとの間の密着性が配線用電極11d側においてSi含有比率が高くなっていると低下することが懸念されるが、配線用電極11d側においてSi含有比率が低くなることでこれらの間の密着性を高くすることが可能となる。
Note that the
配線用電極11dは、外部接続が行われるパッド部などを構成するための金属によって構成されており、例えばTi/Ni/Auなどの積層構造によって構成されている。最も接合金属層11c側に配置されるTiについては、上記したように接合金属層11c中のSi含有比率が低くなっていることから、接合金属層11cを構成する第3金属と高い密着性を有して接合されている。従来のように、シリサイド層と接するように配線用電極を形成している構造においては、Si含有比率の大きなシリサイド層と配線用電極との密着性が乏しく、これらの間に剥離が生じる可能性があった。しかしながら、本実施形態のように接合金属層11cを備え、接合金属層11cのSi含有比率が低くなっていることから、接合金属層11cと配線用電極11dとの間の密着性を高めることが可能となり、これらの間の剥離を抑制することが可能となる。
The
以上のような構成により、本実施形態にかかる縦型パワーMOSFETを有するSiC半導体装置が構成されている。 次に、図1に示す縦型パワーMOSFETの製造方法について説明する。ただし、本実施形態にかかる縦型パワーMOSFETの基本的な製造方法に関しては従来と同様であるため、従来と異なるドレイン電極11の形成方法についてのみ説明する。
With the above configuration, the SiC semiconductor device having the vertical power MOSFET according to the present embodiment is configured. Next, a method for manufacturing the vertical power MOSFET shown in FIG. 1 will be described. However, since the basic manufacturing method of the vertical power MOSFET according to the present embodiment is the same as the conventional method, only the method for forming the
図2は、図1に示した縦型パワーMOSFETにおけるドレイン電極11の製造工程を示した図であが、簡略化のため縦型パワーMOSFETの素子構造については図示を省略してある。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the
まず、n+型基板1の表面側に図1に示したデバイスを構成する各要素を形成した試料、すなわちドレイン電極11を除くソース電極10まで形成したものを用意する。
First, a sample in which each element constituting the device shown in FIG. 1 is formed on the surface side of the n + -
そして、図2(a)に示す工程を行う。具体的には、n+型基板1を裏面からの研削等によって薄膜化し、n+型基板1の厚さを350μmとする。そして、n+型基板1の主表面1a側に図示しないソース電極10を覆う保護膜40を形成する。保護膜40は、n+型基板1に形成された表面電極、すなわちソース電極10等を保護するものであり、例えばポリイミド等の樹脂材料で構成される。
Then, the process shown in FIG. Specifically, the n + type substrate 1 is thinned by grinding or the like from the back surface, and the thickness of the n + type substrate 1 is set to 350 μm. Then, a
この保護膜40により、n+型基板1の表面側を保護したのち、さらに金属薄膜形成工程として、n+型基板1の裏面1bにカーバイドを生成する第1金属を例えば10nm以上の膜厚で形成することで第1金属薄膜50aを形成する。例えば、真空蒸着装置を用いて、Moを蒸着により70nmの厚さで成膜することで第1金属薄膜50aを形成する。また、第1金属薄膜50aの上に、第2金属を例えば10nm以上の膜厚で形成することで第2金属薄膜50bを形成する。例えば、真空蒸着装置を用いて、Niを蒸着により100nmの厚さで成膜することで第2金属薄膜50bを形成する。
After protecting the front surface side of the n + type substrate 1 with this
次に、図2(b)に示す工程では、アニール工程として、大気中において第1金属薄膜50aおよび第2金属薄膜50bにレーザ光60の照射によるレーザアニールを行う。具体的には、基本波長1064nmのLD励起固体レーザを用い、波長変換アダプタにて波長355nmの3倍波を生成し、波長355nmのレーザ光60をn+型基板1の裏面1b上で走査する。これにより、第1金属薄膜50aおよび第2金属薄膜50bに対してレーザ光60を照射する。このとき、スキャニング、もしくは、マスキングにより第1金属薄膜50aおよび第2金属薄膜50bが形成された部分にのみレーザ光60が照射されるようにすると好ましい。
Next, in the process shown in FIG. 2B, as the annealing process, laser annealing is performed by irradiating the first metal
これにより、図2(c)に示されるように、アニール工程として、第2金属薄膜50bを構成する第2金属、例えばNiとn+型基板1の構成材料であるSiC中のSiとを反応させてシリサイド層11bを生成することができる。また、SiC中のCが第2金属薄膜50bを構成する第1金属、例えばMoと反応してカーバイド層11aが生成される。このとき形成されるカーバイド層11aについては、シリサイド層11bと積層構造とされている必要はなく、シリサイド層11b内に入り込んだ構造もしくは点在した構造とされていても良い。そして、このようなアニール工程をレーザ照射にて行っているため、局所的な加熱が可能となり、レーザ照射がなられる領域以外に対して高温処理を行わなくても済むようにできる。したがって、n+型基板1に形成したデバイスへの影響を抑制することが可能となる。
As a result, as shown in FIG. 2C, as the annealing step, the second metal constituting the second metal
なお、図2(c)では、第1金属薄膜50aすべてがCと反応してカーバイド層11aになるような図としているが、一部がカーバイド化しておらず、例えばSiC界面から離れた箇所において第1金属薄膜50aのまま残存している領域が残っていても良い。
In FIG. 2C, all the first metal
また、このようなレーザアニールを行う場合、図示しないが、シリコン粒子もしくはシリコンの酸化物(SiO2)からなる不要膜がシリサイド層11bの表面に形成される。この不要膜は剥離の原因となり得るため、続く図2(d)に示す工程の前に除去する必要がある。このため、除去工程として、例えばHF(フッ化水素酸)を使ったウェットエッチングやイオンプラズマを使ったプラズマドライエッチングなどを行うことで不要膜を除去する。
When such laser annealing is performed, although not shown, an unnecessary film made of silicon particles or silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the surface of the
なお、Si半導体装置の場合、本実施形態で説明するSiC半導体装置と同様の構造を実現する場合でも、シリサイド層の形成後に連続的に配線用電極を形成することができるため、シリサイド層と配線用電極との間に高い密着性を得ることができる。これは、SiC半導体装置のようにレーザアニールによる局所的なアニールを行わなくても高温熱処理によるアニールを行うことができ、レーザアニールを行う場合のように大気中に試料を取り出す必要がなく、不要膜も形成されないためである。SiC半導体装置においては、レーザアニールの必要性から不要膜が生成され、これを取り除くための除去工程が必要になる。 In the case of the Si semiconductor device, even when the same structure as that of the SiC semiconductor device described in the present embodiment is realized, the wiring electrode can be continuously formed after the formation of the silicide layer. High adhesion can be obtained between the electrodes. This is unnecessary because it is possible to perform annealing by high-temperature heat treatment without performing local annealing by laser annealing as in SiC semiconductor devices, and it is not necessary to take out a sample in the atmosphere as in the case of laser annealing. This is because no film is formed. In the SiC semiconductor device, an unnecessary film is generated due to the necessity of laser annealing, and a removal process for removing this is required.
続く、図2(d)に示す工程では、シリサイド層11bの上に、シリサイド層11bと合金層を構成する第3金属によって構成される接合金属層11cおよびTi/Ni/Auなどで構成される配線用電極90が順に積層されるように成膜する。これら接合金属層11cおよび配線用電極90については、例えば真空蒸着装置を用いた真空蒸着などによって形成可能であり、同一装置内から外部に取り出すことなく連続的に形成可能である。また、真空蒸着によって接合金属層11cおよび配線用電極90を形成する場合であれば、接合金属層11cを形成する際に真空状態に近づければ、その状態を維持したまま配線用電極90についても形成することができるため、製造工程の簡略化、短時間化を図ることが可能となる。
In the subsequent step shown in FIG. 2 (d), the
そして、加熱装置内において、接合金属層11cを構成する第3金属がシリサイド層11bと合金化する温度、かつ、デバイスに影響を与えない温度、例えば100〜450℃でアニールすることで、第3金属とシリサイド層11bとを合金化させる。これにより、シリサイド層11bと接合金属層11cとの間の密着性を高くすることが可能となる。また、このときに接合金属層11c中にシリサイド層11bからSiが取り込まれ、例えばシリサイド層11b側がシリサイド合金層となる。ただし、接合金属層11c中におけるSi含有比率は、シリサイド層11bからSiが取り込まれる程度であるため、シリサイド層11b中におけるSi含有比率よりも小さくなる。また、アニール条件などによって接合金属層11c中のSi含有比率を調整でき、接合金属層11c中すべてにおいて同じ比率になるようにもできるし、シリサイド層11b側において高く、配線用電極11d側に向かうほど少なくなるようにもできる。
Then, in the heating apparatus, the third metal constituting the
なお、シリサイド層11bのうち接合金属層11cとの界面側がシリサイド化せずに第2金属のままとなっていることもある。その場合には、第2金属と第3金属との合金が形成されることで、同様に高い密着性を得ることができる。さらに、第2金属と第3金属を同じ金属材料、例えばNiとする場合であれば、同じ金属材料同士の金属結合が形成されることで、同様に高い密着性を得ることができる。
Note that the interface side of the
また、接合金属層11cと配線用電極11dについては、同一装置内において連続的に形成することが可能となるため、接合金属層11cを形成してから装置内より外部に試料を取り出した場合のような不純物が接合金属層11cの表面に生成されない。このため、接合金属層11cと配線用電極11dとの間についても、高い密着性を得ることができる。
In addition, the
さらに、上記したようにHFを用いて不要膜を除去する場合、シリサイド層11bの表面にフッ素などの不純物が残り得る。この場合において、シリサイド層11bの上に配線用電極11dを直接形成すると、これらの間の密着性が低下することになる。しかしながら、本実施形態のように、シリサイド層11bと配線用電極11dとの間に接合金属層11cを配置していることから、シリサイド層11bと接合金属層11cとの間および接合金属層11cと配線用電極11dとの間に高い密着性を得ることができる。したがって、シリサイド層11bと配線用電極11dとの間についても、接合金属層11cを介して高い密着性を得ることが可能となる。
Furthermore, when the unnecessary film is removed using HF as described above, impurities such as fluorine may remain on the surface of the
このような工程により、ドレイン電極11が形成される。そして、ドレイン電極11を形成することによって、図1に示す縦型パワーMOSFETが完成する。
Through such a process, the
以上説明したように、本実施形態では、シリサイド層11bと配線用電極11dとの間に、シリサイド層11bと合金化する第3金属によって構成された接合金属層11cを備え、接合金属層11cとシリサイド層11bとが合金化するようにしている。これにより、接合金属層11cを介してシリサイド層11bと配線用電極11dとの密着性を高めることができる。そして、シリサイド層11bと配線用電極11dとの密着性を高めることができるので、配線用電極11dがシリサイド層11bから剥がれることを抑制することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して接合金属層11cを構成する第3金属をシリサイド層11bに合金化する工程を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. In the present embodiment, the process of alloying the third metal constituting the
本実施形態では、レーザアニールによって接合金属層11cを構成する第3金属をシリサイド層11bと合金化する。例えば、第1実施形態で説明した図2(b)に示す工程で用いたLD励起固体レーザを用いて、カーバイド層11aやシリサイド層11bを形成するときと同様のアニール工程を行う。
In the present embodiment, the third metal constituting the
上記第1実施形態では、接合金属層11cを構成する第3金属をシリサイド層11bと合金化するのに加熱装置内での加熱を行っている。すなわち、デバイス形成を行った試料全体について加熱を行っている。このため、デバイスに影響を与えない温度として、加熱温度を例えば100〜450℃としている。このような場合、デバイスに影響を与えない程度の温度にする必要があり、第3金属とシリサイド層11bとの合金化を十分に行えない可能性がある。しかしながら、本実施形態のようにレーザアニールを用いることで、局所的な加熱が可能となり、デバイスに影響を与えないようにしつつ、より高い温度、例えば1000℃程度でアニールを行うことが可能となる。
In the first embodiment, heating in the heating device is performed to alloy the third metal constituting the
これにより、第3金属とシリサイド層11bとの合金化を十分に行うことができ、接合金属層11cとシリサイド層11bとの密着性を更に高くすることが可能となる。
Thereby, the third metal and the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記各実施形態では、SiC基板の表面側に各構成要素が形成されるデバイスの裏面側の電極をオーミック電極とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上記第1実施形態で説明した構造についてはSiC基板の表面側に各構成要素が形成される裏面側にのみ適用できるのではなく、SiCに対してオーミック電極を形成する構造であれば、どのような部位についても適用できる。例えば、SiC基板の表面側にオーミック電極を形成する場合についても適用可能である。その場合においても、デバイスの各構成要素を形成してからオーミック電極を形成する構成とする場合には、レーザアニールを用いるようにすることで、局所的な加熱が可能となって、デバイスへの影響を抑制することが可能となる。 For example, in each of the above embodiments, the case where the electrode on the back surface side of the device in which each component is formed on the front surface side of the SiC substrate is an ohmic electrode has been described as an example. However, the structure described in the first embodiment is not only applicable to the back side where each component is formed on the front side of the SiC substrate, but if it is a structure that forms an ohmic electrode on SiC, It can be applied to any part. For example, the present invention can also be applied to the case where an ohmic electrode is formed on the surface side of a SiC substrate. Even in that case, when the ohmic electrode is formed after forming each component of the device, by using laser annealing, local heating becomes possible, It becomes possible to suppress the influence.
また、上記実施形態では、接合金属層11cを単層の膜によって構成する場合について説明したが、材質の異なる金属材料の複数層の積層体によって構成しても良い。例えば、NiとAlを順に積層した複数層の積層体によって接合金属層11cを構成することができる。
Moreover, although the case where the joining
また、上記各実施形態では、レーザアニールに用いるレーザ光にLD励起固体レーザを用いたが、レーザ光に他のもの、例えば基本波長248nmのKrFエキシマレーザなどを採用することもできる。KrFエキシマレーザをレーザ光として用いる場合、レーザ光の強度を1300mJ/cm2程度とすることでアニール工程を行うことができる。 In each of the above embodiments, an LD-excited solid-state laser is used as the laser light used for laser annealing. However, other laser light such as a KrF excimer laser having a fundamental wavelength of 248 nm can also be used. When a KrF excimer laser is used as the laser beam, the annealing process can be performed by setting the intensity of the laser beam to about 1300 mJ / cm 2 .
また、上記第1実施形態では、半導体素子として縦型パワーMOSFETを備えたSiC半導体装置を例に挙げて説明したが、これも単なる一例であり、ダイオードやIGBTなどの他の半導体素子を備えるようにしても良い。すなわち、SiCにて構成される半導体基板に対して形成される半導体素子に対してオーミック電極が備えられるようなSiC半導体装置であれば、どのようなものであっても良い。 In the first embodiment, the SiC semiconductor device including the vertical power MOSFET as the semiconductor element has been described as an example. However, this is merely an example, and other semiconductor elements such as a diode and an IGBT are included. Anyway. That is, any SiC semiconductor device may be used as long as an ohmic electrode is provided for a semiconductor element formed on a semiconductor substrate made of SiC.
1 n+型SiC基板
8 ゲート電極
10 ソース電極
11 ドレイン電極
11a カーバイド層
11b シリサイド層
11c 接合金属層
11d 配線用電極
50a、50b 第1、第2金属薄膜
60 レーザ光
1 n +
Claims (9)
前記半導体基板の一面に対して形成されたオーミック電極(11)とを有する炭化珪素半導体装置であって、
前記オーミック電極は、
前記半導体基板の一面側に形成された金属シリサイドにて構成されるシリサイド層(11b)と、
前記シリサイド層の上に形成され、前記シリサイド層と合金化する金属によって構成された接合金属層(11c)と、
前記接合金属層を介して前記シリサイド層の上に形成された配線用電極(11d)と、を有して構成されている炭化珪素半導体装置。 A semiconductor substrate (1) made of silicon carbide and having a semiconductor element formed thereon;
A silicon carbide semiconductor device having an ohmic electrode (11) formed on one surface of the semiconductor substrate,
The ohmic electrode is
A silicide layer (11b) composed of metal silicide formed on one surface side of the semiconductor substrate;
A junction metal layer (11c) formed on the silicide layer and composed of a metal alloyed with the silicide layer;
A silicon carbide semiconductor device comprising a wiring electrode (11d) formed on the silicide layer via the bonding metal layer.
前記半導体基板の一面側に形成された金属カーバイドにて構成されるカーバイド層(11a)を含み、
前記シリサイド層は、前記カーバイド層に接して形成されている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。 The ohmic electrode is
Including a carbide layer (11a) composed of metal carbide formed on one side of the semiconductor substrate;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the silicide layer is formed in contact with the carbide layer.
前記半導体基板の一面に対してオーミック電極(11)を形成することと、を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の一面に炭化珪素中の炭素と反応してカーバイドを形成する第1金属薄膜(50a)を形成することと、
前記第1金属膜の上に、炭化珪素中のシリコンと反応してシリサイドを形成する第2金属薄膜(50b)を形成することと、
前記第1金属膜および前記第2金属膜に対してレーザ光(60)を照射してレーザアニールを行うことで、金属カーバイドにて構成されるカーバイド層(11a)を形成すると共に前記カーバイド層と接する金属シリサイドにて構成されるシリサイド層(11b)とを形成することと、
前記シリサイド層の上に、該シリサイド層と合金化する金属によって構成される接合金属層(11c)を形成することと、
前記接合金属層を介して前記シリサイド層の上に配線用電極(11d)を形成することと、を含んでいる炭化珪素半導体装置の製造方法。 Providing a semiconductor substrate (1) made of silicon carbide and having a semiconductor element formed thereon;
Forming an ohmic electrode (11) on one surface of the semiconductor substrate, and a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device,
Forming a first metal thin film (50a) that reacts with carbon in silicon carbide to form carbide on one surface of the semiconductor substrate;
Forming on the first metal film a second metal thin film (50b) that forms silicide by reacting with silicon in silicon carbide;
The first metal film and the second metal film are irradiated with laser light (60) to perform laser annealing, thereby forming a carbide layer (11a) made of metal carbide and the carbide layer; Forming a silicide layer (11b) composed of a metal silicide in contact therewith,
Forming a bonding metal layer (11c) made of a metal alloying with the silicide layer on the silicide layer;
Forming a wiring electrode (11d) on the silicide layer with the bonding metal layer interposed therebetween, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
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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 |
JP2009049130A (en) * | 2007-08-17 | 2009-03-05 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Silicon carbide semiconductor device, method of manufacturing the same, and silicon carbide device |
JP2010103229A (en) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP2010205824A (en) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Denso Corp | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
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Patent Citations (5)
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 |
JP2009049130A (en) * | 2007-08-17 | 2009-03-05 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Silicon carbide semiconductor device, method of manufacturing the same, and silicon carbide device |
JP2010103229A (en) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP2010205824A (en) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Denso Corp | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
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