JP2022076737A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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輝顕 熊澤
Teruaki Kumazawa
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Abstract

To provide a manufacturing method of a semiconductor device capable of reducing contact resistance and securing a deflective strength of an element in a compatible manner by means of laser anneal.SOLUTION: An ohmic electrode is formed by irradiating a silicon carbide substrate 1 comprising a metal thin film 110 on a surface with laser beams 50 of different energy densities twice or more. An alloy layer 113 is formed by irradiating the metal thin film 110 on the silicon carbide substrate 1 with a laser beam 50 of such an energy density that silicon carbide is not fused. The alloy layer 113, namely, the inside of a region which has been already irradiated with the laser beam 50, in the metal thin film 110 is irradiated with a following second laser beam 50 and the energy density thereof is higher than that of the first laser beam 50. Thus, an electrode ohmic-joined with the silicon carbide can be formed without applying excessive energy to the silicon carbide, and reduction of contact resistance and the deflective strength of an element can be made compatible.SELECTED DRAWING: Figure 2E

Description

本発明は、炭化珪素(以下「SiC」という)等の半導体材料によりなる半導体素子におけるオーミック電極の低コンタクト抵抗化と抗折強度の確保との両立を実現する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that realizes both low contact resistance of an ohmic electrode and ensuring anti-folding strength in a semiconductor device made of a semiconductor material such as silicon carbide (hereinafter referred to as "SiC").

SiC基板等の半導体基板を用いて縦型パワーデバイス等の半導体素子を形成する場合、デバイスを電気回路等と接続するための電極、特に基板裏面側のドレイン電極を形成するに際し、接触抵抗を低減させたオーミック電極を形成することが望まれている。 When forming a semiconductor element such as a vertical power device using a semiconductor substrate such as a SiC substrate, contact resistance is reduced when forming an electrode for connecting the device to an electric circuit or the like, particularly a drain electrode on the back surface side of the substrate. It is desired to form a freed ohmic electrode.

SiCにおけるオーミックコンタクトには、SiCと金属との合金層、例えば金属シリサイドや金属カーバイドの形成が必要であり、その形成には高温処理を要する。例えば、ニッケルシリサイド(NiSi)を形成する場合には、900℃以上の温度でSiC基板を加熱する。 Ohmic contact in SiC requires the formation of an alloy layer of SiC and metal, such as metal silicide or metal carbide, which requires high temperature treatment. For example, when forming nickel silicide (NiSi), the SiC substrate is heated at a temperature of 900 ° C. or higher.

SiC半導体装置の場合、表面側にデバイス構造を形成した後に裏面電極を形成するが、デバイス構造を形成したウエハ全体を高温炉等で高温処理すると、表面側のデバイス構造、特性に影響を及んでしまう。そのため、裏面電極へのレーザ光照射による局所加熱(以下「レーザアニール」という)を行い、表面側のデバイス領域を高温にすることなく、裏面電極において合金層を形成する方法が提案されている。 In the case of a SiC semiconductor device, the back electrode is formed after the device structure is formed on the front side, but if the entire wafer on which the device structure is formed is treated at high temperature in a high temperature furnace or the like, the device structure and characteristics on the front side will be affected. It ends up. Therefore, a method has been proposed in which the back surface electrode is locally heated by irradiating the back surface electrode with a laser beam (hereinafter referred to as “laser annealing”) to form an alloy layer on the back surface electrode without raising the temperature of the device region on the front surface side.

レーザアニールでは、裏面電極のオーミック電極の低コンタクト抵抗化および表面側のデバイスへの熱影響低減ができる一方で、SiC基板の一部が消失してSiC基板に凹凸が形成され、その凹凸に応力が集中することで抗折強度が低下してしまう。 Laser annealing can reduce the contact resistance of the ohmic electrode of the back surface electrode and reduce the thermal effect on the device on the front side, but on the other hand, a part of the SiC substrate disappears and unevenness is formed on the SiC substrate, and stress is formed on the unevenness. The concentration of the material reduces the anti-folding strength.

オーミック電極の低コンタクト抵抗化と素子の抗折強度の確保との両立のため、電極内において低コンタクト抵抗用の領域と抗折強度の確保用の領域とに分け、領域ごとに照射するレーザ光のエネルギー密度を変更する方法が提案されている(例えば特許文献1)。 In order to achieve both low contact resistance of the ohmic electrode and ensuring the bending strength of the element, the electrode is divided into a region for low contact resistance and a region for ensuring the bending strength, and the laser beam is emitted for each region. A method of changing the energy density of the above has been proposed (for example, Patent Document 1).

特開2020-27871号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-27871

さて、近年、この種の半導体装置では、半導体素子や装置の小型化が進められており、半導体素子には、使用時の冷熱サイクルで生じる応力に耐えられるように抗折強度の向上が求められている。 In recent years, in this type of semiconductor device, the miniaturization of semiconductor devices and devices has been promoted, and the semiconductor devices are required to have improved bending strength so as to withstand the stress generated in the thermal cycle during use. ing.

しかしながら、半導体素子がさらに小型化されると、電極内において領域分けをし、領域ごとにエネルギー密度の異なるレーザ光を照射することが困難となり、上記の方法を採用することができない。また、電極のうち照射されるレーザ光のエネルギー密度が高い領域では低コンタクト抵抗化されるが、抗折強度が低下し、当該エネルギー密度が低い領域では抗折強度を確保できるものの、コンタクト抵抗の低減が不十分となってしまう。そのため、レーザ光照射による電極の合金層形成において、電極内において低コンタクト抵抗化および抗折強度を両立する領域を形成することができていなかった。 However, when the semiconductor element is further miniaturized, it becomes difficult to divide the area in the electrode and irradiate laser light having different energy densities for each area, and the above method cannot be adopted. Further, in the region of the electrode where the energy density of the irradiated laser beam is high, the contact resistance is lowered, but the bending strength is lowered, and in the region where the energy density is low, the bending strength can be secured, but the contact resistance is high. The reduction will be insufficient. Therefore, in the formation of the alloy layer of the electrode by laser irradiation, it has not been possible to form a region in the electrode that has both low contact resistance and anti-folding strength.

本発明は、上記の点に鑑み、レーザアニールにおいて半導体素子の電極内での領域分けをすることなく、電極の低コンタクト抵抗化と半導体素子の抗折強度の確保とを両立することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention is a semiconductor capable of achieving both low contact resistance of the electrode and securing of bending strength of the semiconductor element without dividing the region in the electrode of the semiconductor element in laser annealing. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an apparatus.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、主表面(1a)および裏面(1b)を有する炭化珪素半導体基板(1)と、炭化珪素半導体基板の主表面の側と裏面の側の少なくとも一方において、炭化珪素の一面とオーミック接合させられたオーミック電極(11)とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、オーミック接合させられる炭化珪素の上に、少なくともシリサイドを構成する金属材料を含む金属薄膜(110)を形成することと、金属薄膜に対してエネルギー密度が異なるレーザ光(50、51)を複数回照射し、金属薄膜と炭化珪素中のSiと反応させて、金属シリサイドを生成することと、を含み、レーザ光を複数回照射することにおいては、2回目以降のレーザ光の照射については、金属薄膜のうち少なくともレーザ光を照射した範囲内に、既に照射したレーザ光よりもエネルギー密度の高いレーザ光を照射する。 In order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 is a silicon carbide semiconductor substrate (1) having a main surface (1a) and a back surface (1b), and a side of the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having an ohmic electrode (11) ohmically bonded to one surface of silicon carbide on at least one of the sides of the surface and the back surface, at least on top of the ohmic-bonded silicon carbide. The metal thin film (110) containing the metal material constituting the above is formed, and the metal thin film is irradiated with laser beams (50, 51) having different energy densities multiple times to react with the metal thin film and Si in silicon carbide. In the case of irradiating the metal silicide multiple times, including the production of the metal silicide, the second and subsequent irradiations of the laser light include at least within the range of the metal thin film irradiated with the laser light. It irradiates a laser beam with a higher energy density than the laser beam that has already been irradiated.

これにより、段階的にエネルギー密度を上げつつ、複数回のレーザ光をSiC基板上の金属薄膜に照射することでSiC基板に必要以上の熱が加わることを抑制しつつも、金属薄膜中に金属シリサイドを形成することができる。そのため、SiC基板のうちレーザ光を照射した領域におけるSiCの消失およびこれによる抗折強度の低下を抑制しつつも、オーミック電極を形成することができ、低コンタクト抵抗化および抗折強度の確保を両立できる半導体装置の製造方法となる。 As a result, while increasing the energy density stepwise and irradiating the metal thin film on the SiC substrate with laser light multiple times, it is possible to suppress excessive heat from being applied to the SiC substrate, while the metal is contained in the metal thin film. Silicides can be formed. Therefore, it is possible to form an ohmic electrode while suppressing the disappearance of SiC and the resulting decrease in bending strength in the region of the SiC substrate irradiated with laser light, and it is possible to reduce contact resistance and secure bending strength. It is a method of manufacturing a semiconductor device that is compatible with each other.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.

実施形態に係るSiC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 SiC semiconductor device which concerns on embodiment. 図1に示すSiC半導体装置におけるドレイン電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the drain electrode in the SiC semiconductor device shown in FIG. 1. 図2Aに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the forming process of the drain electrode following FIG. 2A. 図2Bに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the drain electrode following FIG. 2B. 図2Cに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the forming process of the drain electrode following FIG. 2C. 図2Dに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the forming process of the drain electrode following FIG. 2D. 図2Eに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the forming process of the drain electrode following FIG. 2E. 比較例のレーザアニールによるオーミック電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the ohmic electrode by the laser annealing of the comparative example. 図3Aに続くオーミック電極の形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the forming process of the ohmic electrode following FIG. 3A. 表面粗さと抗折強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the surface roughness and the bending strength. 比較例および実施例におけるオーミック電極のコンタクト抵抗を示す図である。It is a figure which shows the contact resistance of the ohmic electrode in the comparative example and the Example. 比較例および実施例におけるオーミック電極の表面抵抗並びに抗折強度を示す図である。It is a figure which shows the surface resistance and the bending strength of the ohmic electrode in the comparative example and the Example.

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 each of the following embodiments, the parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.

(実施形態)
実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する前に、半導体装置の一例としてSiC半導体装置について、図1を参照して説明する。
(Embodiment)
Before explaining the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment, a SiC semiconductor device as an example of the semiconductor device will be described with reference to FIG.

本明細書では、例えばインバータに適用すると好適であるプレーナ型の縦型パワーMOSFETを備えるSiC半導体装置を代表例として説明するが、このSiC半導体装置に限定されるものではない。 In the present specification, for example, a SiC semiconductor device including a planar type vertical power MOSFET suitable for application to an inverter will be described as a typical example, but the present invention is not limited to this SiC semiconductor device.

〔半導体装置〕
例えば、縦型パワーMOSFETは、図1に示すように、炭化珪素半導体基板として、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としては、不純物濃度が1×1018cm-3以上のものを用いられうる。
[Semiconductor device]
For example, as shown in FIG. 1, the vertical power MOSFET is formed by using the n + type SiC substrate 1 as the silicon carbide semiconductor substrate. The n + type SiC substrate 1 has a main surface 1a on the upper surface and a back surface 1b on the lower surface opposite to the main surface 1a, and is made of single crystal SiC. For example, as the n + type SiC substrate 1, one having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm -3 or more can be used.

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 + type SiC substrate 1, an n - type epitaxial layer (hereinafter referred to as n - type epi layer) 2 composed of SiC having a dopant concentration lower than that of the n + type SiC substrate 1 is formed. It is laminated.

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。このp型ベース領域3a、3bは、一部厚さが厚くなったディープベース層30a、30bを備える。ディープベース層30a、30bは、後述するn型ソース領域4a、4bとは重ならない部分に形成されている。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は、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・ブレークダウンをさせ易くすることができる。 In the predetermined region on the surface layer portion of the n - type epi layer 2, p - type base regions 3a and 3b having a predetermined depth are formed apart from each other. The p - type base regions 3a and 3b include deep base layers 30a and 30b that are partially thickened. The deep base layers 30a and 30b are formed in a portion that does not overlap with the n + type source regions 4a and 4b described later. Of the p - type base regions 3a and 3b, the thickened portion where the deep base layers 30a and 30b are formed has a higher impurity concentration than the thin portion where the deep base layers 30a and 30b are not formed. ing. By forming such deep base layers 30a and 30b, the electric field strength between the n + type SiC substrate 1 and the deep base layers 30a and 30b can be increased, and the avalanche breakdown is caused at this position. It can be facilitated.

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。 An n + type source region 4a shallower than the p - type base region 3a is formed in a predetermined region on the surface layer of the p - type base region 3a. Further, in a predetermined region in the surface layer portion of the p - type base region 3b, an n + type source region 4b shallower than the p - type base region 3b is formed.

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の底部ではp型不純物濃度が濃いディープベース層30a、30bが露出している。 Further, recesses 6a and 6b are formed on the surface portions of the p - type base regions 3a and 3b and the n + type source regions 4a and 4b, and the deep base layer having a high p-type impurity concentration is formed at the bottoms of the recesses 6a and 6b. 30a and 30b are exposed.

さらに、n型エピ層2とn型ソース領域4aおよびn型ソース領域4bとの間におけるp型ベース領域3a、3bの表面部をチャネル領域として、少なくともこのチャネル領域上には、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。ゲート絶縁膜7は、チャネル領域を含めてn型エピ層2およびn型ソース領域4a、4bの上面に形成されている。また、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により覆われている。 Further, the surface portion of the p - type base region 3a and 3b between the n - type epi layer 2 and the n + type source region 4a and the n + type source region 4b is used as a channel region, and at least on this channel region. A gate insulating film 7 made of a silicon oxide film or the like is formed. The gate insulating film 7 is formed on the upper surfaces of the n type epi layer 2 and the n + type source regions 4a and 4b including the channel region. Further, a gate electrode 8 is formed on the gate insulating film 7, and the gate electrode 8 is covered with an insulating film 9 made of a silicon oxide film or the like.

そして、n型SiC基板1の主表面1a側において、絶縁膜9の上を覆うようにソース電極10が形成され、n型ソース領域4a、4bおよびp型ベース領域3a、3bに接続されている。 Then, on the main surface 1a side of the n + type SiC substrate 1, the source electrode 10 is formed so as to cover the insulating film 9, and is connected to the n + type source regions 4a and 4b and the p - type base regions 3a and 3b. Has been done.

また、n型SiC基板1の裏面1b側において、ドレイン電極11が形成されている。ドレイン電極11は、オーミック電極であり、レーザレーザアニールによりn型SiC基板1の裏面1bに対して少なくとも金属シリサイドを含む合金層が形成されている。これにより、ドレイン電極11は、合金層を介してn型SiC基板1とオーミック接合されている。このため、ドレイン電極11には、SiCと反応することで少なくとも金属シリサイドを構成する材料を含んだ構成となっている。さらに、ドレイン電極11の表面は、接合用電極12によって覆われており、この接合用電極12を介して図示しない金属板もしくは回路基板との電気的接続が行える構成になっている。 Further, the drain electrode 11 is formed on the back surface 1b side of the n + type SiC substrate 1. The drain electrode 11 is an ohmic electrode, and an alloy layer containing at least a metal silicide is formed on the back surface 1b of the n + type SiC substrate 1 by laser laser annealing. As a result, the drain electrode 11 is ohmic-bonded to the n + type SiC substrate 1 via the alloy layer. Therefore, the drain electrode 11 is configured to contain at least a material that constitutes metal silicide by reacting with SiC. Further, the surface of the drain electrode 11 is covered with a bonding electrode 12, and the structure is such that electrical connection with a metal plate or a circuit board (not shown) can be made via the bonding electrode 12.

例えば、ドレイン電極11を構成する金属としては、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)等を用いることができる。Ni、Mo、TiはSiと反応してシリサイドを形成するものであり、Mo、TiについてはCと結合してカーバイドを形成することもできる。ドレイン電極11は、シリサイドを形成する金属のほか、例えば、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)等のCと結合してカーバイドを形成する金属を含んでいてもよい。ドレイン電極11を構成する金属は一種類の材料である必要は無く、ここで挙げた材料の複数を組み合わせた材料であってもよいし、材料の複数を積層した構成であってもよく、例えばMo/Niなどとされる。また、ドレイン電極11を構成する材料に不純物が含まれていても良い。 For example, as the metal constituting the drain electrode 11, nickel (Ni), molybdenum (Mo), titanium (Ti) or the like can be used. Ni, Mo, and Ti react with Si to form silicide, and Mo and Ti can be combined with C to form carbide. In addition to the metal forming silicide, the drain electrode 11 may contain, for example, a metal such as tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), etc., which is combined with C to form a carbide. The metal constituting the drain electrode 11 does not have to be one kind of material, and may be a material obtained by combining a plurality of the materials mentioned here, or may be a material obtained by laminating a plurality of materials, for example. It is said to be Mo / Ni. Further, the material constituting the drain electrode 11 may contain impurities.

例えば、ドレイン電極11は、n型SiC基板1側からMo、Niを積層した構成の金属薄膜に2回以上のレーザアニールを施すことで、金属シリサイドおよび金属カーバイドを有するオーミック電極となっている。なお、2回以上のレーザアニールによるドレイン電極11の形成については、後述のSiC半導体装置の製造方法にて説明する。 For example, the drain electrode 11 is an ohmic electrode having a metal silicide and a metal carbide by subjecting a metal thin film having a structure in which Mo and Ni are laminated from the n + type SiC substrate 1 side two or more times with laser annealing. .. The formation of the drain electrode 11 by laser annealing two or more times will be described in the method for manufacturing a SiC semiconductor device described later.

接合用電極12を構成する金属としては、はんだ付け等の接合に適した材料であれば良く、例えばTi/Ni/Auなどを用いることができる。 As the metal constituting the bonding electrode 12, any material suitable for bonding such as soldering may be used, and for example, Ti / Ni / Au or the like can be used.

以上が、SiC半導体装置の基本的な構成である。このSiC半導体装置のように表面側にデバイス領域を、裏面側に電極をそれぞれ備える構成では、デバイス領域への熱影響を低減しつつ、裏面電極と半導体基板とをオーミック接合にするために、レーザアニールが行われる。 The above is the basic configuration of the SiC semiconductor device. In a configuration in which a device region is provided on the front surface side and an electrode is provided on the back surface side as in this SiC semiconductor device, a laser is used to form an ohmic contact between the back surface electrode and the semiconductor substrate while reducing the thermal influence on the device region. Annealing is done.

〔製造方法〕
次に、図1の縦型パワーMOSFETの製造方法について説明するが、この縦型パワー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図2A~図2Fを参照して主に説明する。
〔Production method〕
Next, the manufacturing method of the vertical power MOSFET of FIG. 1 will be described. Since the basic manufacturing method of the vertical power MOSFET is the same as the conventional one, the method of forming the drain electrode 11 different from the conventional one is described in FIG. 2A. -The description will be mainly made with reference to FIG. 2F.

まず、図2Aに示すように、例えば350μmの厚みで構成されたn型SiC基板1を用意する。n型SiC基板1は、例えばn型不純物をドープしたSiCインゴットをスライスしたのち研磨することによって製造される。そして、図示しないが、n型SiC基板1の表面側に半導体素子の構成要素の少なくとも一部を形成するデバイス形成工程を行う。すなわち、n型エピ層2をエピタキシャル成長させたのち、図示しないマスクを用いたイオン注入により、p型ベース領域3a、3bやディープベース層30a、30bの形成工程、n型ソース領域4a、4bの形成工程を行う。さらに、ゲート絶縁膜7の形成工程、ゲート電極8の形成工程、絶縁膜9の形成工程およびソース電極10の形成工程等を行うことで、裏面1bとは反対側にデバイス構造として縦型パワーMOSFETの各構成要素を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, an n + type SiC substrate 1 having a thickness of, for example, 350 μm is prepared. The n + type SiC substrate 1 is manufactured, for example, by slicing a SiC ingot doped with an n-type impurity and then polishing it. Then, although not shown, a device forming step of forming at least a part of the components of the semiconductor element on the surface side of the n + type SiC substrate 1 is performed. That is, after epitaxially growing the n - type epi layer 2, the steps of forming the p - type base regions 3a and 3b and the deep base layers 30a and 30b by ion implantation using a mask (not shown), the n + type source region 4a, The forming step of 4b is performed. Further, by performing a gate insulating film 7 forming step, a gate electrode 8 forming step, an insulating film 9 forming step, a source electrode 10 forming step, and the like, a vertical power MOSFET is formed as a device structure on the side opposite to the back surface 1b. Form each component of.

その後、図示しないが、研削研磨によってn型SiC基板1の裏面1b側の一部を除去し、n型SiC基板1を薄膜化する薄化工程を行う。例えば、n型SiC基板1の裏面1b側を表に向け、その反対側の一面をガラス基板に貼り付けた後、CMP(Chemical Mechanical Polishingの略)などを行うことでn型SiC基板1の裏面1b側の一部を除去する。このとき、薄化工程後の裏面1bの表面粗さRaが例えば5nm以下となるようにする。そして、図2B~図2Dに示す工程を経て、薄膜化後のn型SiC基板1の裏面1b上にドレイン電極11を形成する工程を行う。 After that, although not shown, a thinning step is performed in which a part of the back surface 1b side of the n + type SiC substrate 1 is removed by grinding and polishing, and the n + type SiC substrate 1 is thinned. For example, the back surface 1b side of the n + type SiC substrate 1 is turned to the front side, and one surface on the opposite side is attached to the glass substrate, and then CMP (abbreviation of Chemical Mechanical Polishing) is performed to perform the n + type SiC substrate 1 A part of the back surface 1b side of the above surface is removed. At this time, the surface roughness Ra of the back surface 1b after the thinning step is set to, for example, 5 nm or less. Then, through the steps shown in FIGS. 2B to 2D, a step of forming the drain electrode 11 on the back surface 1b of the n + type SiC substrate 1 after thinning is performed.

具体的には、図2Bに示す工程として、薄膜化後のn型SiC基板1の裏面1bに対して、金属薄膜110を形成する。例えば、金属薄膜110は、Moによりなる第1層111とNiによりなる第2層112との積層膜で構成されている。金属薄膜110は、例えば、n型SiC基板1の裏面1bを表面処理して活性化させた後、無電解めっきを行うことにより形成される。金属薄膜110の厚みについては、例えば50~250nmとしている。 Specifically, as a step shown in FIG. 2B, a metal thin film 110 is formed on the back surface 1b of the n + type SiC substrate 1 after thinning. For example, the metal thin film 110 is composed of a laminated film of a first layer 111 made of Mo and a second layer 112 made of Ni. The metal thin film 110 is formed, for example, by surface-treating the back surface 1b of the n + type SiC substrate 1 to activate it, and then performing electroless plating. The thickness of the metal thin film 110 is, for example, 50 to 250 nm.

なお、裏面1b上の金属薄膜110をMoによりなる第1層111とNiによりなる第2層112の積層構成とする場合には、NiとMoとのモル比が例えば1~2:1のように、NiがMo以上のモル比となるようにすると良い。また、金属薄膜110は、Mo層とNi層との積層構造に限らず、NiとMoの混合金属とされていても良い。 When the metal thin film 110 on the back surface 1b has a laminated structure of a first layer 111 made of Mo and a second layer 112 made of Ni, the molar ratio of Ni and Mo is, for example, 1 to 2: 1. In addition, it is preferable that Ni has a molar ratio of Mo or more. Further, the metal thin film 110 is not limited to the laminated structure of the Mo layer and the Ni layer, and may be a mixed metal of Ni and Mo.

次に、図2Cに示す工程として、金属薄膜110にレーザ光50を照射することによりレーザアニールを行う。例えば、LD励起固体レーザなどの固体レーザを用いて、スキャニングしながらX-Y平面上において金属薄膜110が形成されたn型SiC基板1を走査し、レーザ光50をn型SiC基板1の裏面1b側に照射する。 Next, as a step shown in FIG. 2C, laser annealing is performed by irradiating the metal thin film 110 with the laser beam 50. For example, a solid-state laser such as an LD-pumped solid-state laser is used to scan the n + type SiC substrate 1 on which the metal thin film 110 is formed on the XY plane while scanning, and the laser beam 50 is emitted from the n + type SiC substrate 1. Irradiate the back surface 1b side of.

より詳しくは、固体レーザの照射口にトップハットビーム成形素子および集光レンズを配置して、トップハット型のレーザが金属薄膜110に照射されるようにしている。例えば基本波長が1064nmの固体レーザを用い、波長変換アダプタにて3倍波となる355nmもしくは4倍波となる266nmの波長に変換したものをレーザ光50として用いている。これらの波長とすることで、レーザ光50がSiCを透過しないようにできる。そして、後述するエネルギー密度の調整をしつつ、例えば、スポット径が75μm、スポット照射時のオーバーラップ率、つまりレーザ光50を走査したときに連続するスポットの径に対する重複長さの割合が50~70%となるようにする。このとき、XY方向それぞれの走査方向でオーバーラップ率が同じであってもよいし、X方向では50%、Y方向では50%~70%という具合に異なっていてもよい。 More specifically, a tophat beam forming element and a condenser lens are arranged at the irradiation port of the solid-state laser so that the tophat type laser irradiates the metal thin film 110. For example, a solid-state laser having a basic wavelength of 1064 nm is used, and a laser beam 50 converted to a wavelength of 355 nm, which is a triple wave, or 266 nm, which is a quadruple wave, is used as a laser beam 50. By using these wavelengths, the laser beam 50 can be prevented from passing through SiC. Then, while adjusting the energy density described later, for example, the spot diameter is 75 μm, the overlap rate at the time of spot irradiation, that is, the ratio of the overlapping length to the diameter of continuous spots when scanning the laser beam 50 is 50 to Make it 70%. At this time, the overlap rate may be the same in each scanning direction in the XY directions, or may be different, such as 50% in the X direction and 50% to 70% in the Y direction.

金属薄膜110へのレーザ光50の照射は、少なくとも2回以上の複数回行うと共に、2回目以降のレーザ光照射については、既にレーザ光50を照射した領域内において、かつレーザ光50のエネルギー密度が段階的に高くなるように調整して行う。例えば、SiCウエハの所定の領域について、1回目のレーザ光50の照射をエネルギー密度2.0J/cmで行ったとする。この場合、例えば、2回目のレーザ光50の照射についてはエネルギー密度2.2J/cmとしつつ、1回目のレーザ光50を照射した範囲内にて行う。もし3回目のレーザ光50の照射を行う場合には、そのエネルギー密度を例えば2.2J/cmよりも大きい値に設定し、2回目のレーザ光50の照射範囲内で行う。 The laser beam 50 is irradiated to the metal thin film 110 at least twice or more, and the second and subsequent laser beam irradiations are performed within the region already irradiated with the laser beam 50 and the energy density of the laser beam 50. Adjust so that is gradually higher. For example, it is assumed that the first irradiation of the laser beam 50 is performed on a predetermined region of the SiC wafer with an energy density of 2.0 J / cm 2 . In this case, for example, the second irradiation of the laser beam 50 is performed within the range of the first irradiation of the laser beam 50 while setting the energy density to 2.2 J / cm 2 . If the third irradiation of the laser beam 50 is performed, the energy density is set to a value larger than, for example, 2.2 J / cm 2 , and the irradiation is performed within the irradiation range of the second laser beam 50.

なお、レーザ光50の複数回の照射については、例えば、レーザ光50のエネルギー密度は、いずれもSiCが溶融しない所定以下の値とされる。これは、n型SiC基板1においてSiCが溶融してその一部が消失し、半導体素子の抗折強度が低下することを抑制するためである。以下、SiCを溶融させない所定以下の値のレーザ光50のエネルギー密度を便宜的に「低エネルギー密度」と称することがある。 Regarding the multiple irradiations of the laser beam 50, for example, the energy density of the laser beam 50 is set to a value of a predetermined value or less at which SiC does not melt. This is to prevent the SiC from melting in the n + type SiC substrate 1 and partially disappearing, thereby reducing the bending strength of the semiconductor element. Hereinafter, the energy density of the laser beam 50 having a value below a predetermined value that does not melt SiC may be referred to as "low energy density" for convenience.

また、レーザ光50のエネルギー密度等の照射条件は、金属薄膜110を次に説明する合金層113に変化させるために必要な熱量が得られるように設定される。例えば、金属薄膜110がMo/Niの場合、NiSiが形成される温度(例えば600℃)以上、かつSiCが溶融しない温度(例えば970℃)以下となるように、レーザ光50の照射条件(例えばエネルギー密度)を調整すればよい。 Further, the irradiation conditions such as the energy density of the laser beam 50 are set so that the amount of heat required for changing the metal thin film 110 to the alloy layer 113 described below can be obtained. For example, when the metal thin film 110 is Mo / Ni, the irradiation conditions of the laser beam 50 (for example, for example) are such that the temperature is equal to or higher than the temperature at which NiSi is formed (for example, 600 ° C.) and the temperature is lower than the temperature at which SiC does not melt (for example, 970 ° C.). Energy density) may be adjusted.

さらに、レーザ光50の照射間隔については、金属薄膜110のうちレーザ光50の照射箇所においてシリサイド反応が終了する程度の間隔を確保できていればよく、例えば限定するものではないが、1秒以上とされる。 Further, the irradiation interval of the laser beam 50 may be such that an interval such that the silicide reaction is completed at the irradiation point of the laser beam 50 in the metal thin film 110 can be secured, for example, but is not limited to 1 second or more. It is said that.

金属薄膜110に1回目のレーザ光50を照射したとき、金属薄膜110のうちレーザ光50が照射された領域は、例えば図2Dに示すように、金属シリサイドおよび金属カーバイドを有してなる合金層113が生成される。合金層113は、第1層111がMo、第2層112がNiの場合には、主に、NiSi(x>0、y>0)およびMoCにより構成される。このとき、合金層113は、様々な組成のNiSiが混在した状態となっており、n型SiC基板1とのコンタクト抵抗がまだ十分に小さくなっていない。 When the metal thin film 110 is irradiated with the laser beam 50 for the first time, the region of the metal thin film 110 irradiated with the laser beam 50 is an alloy layer having a metal silicide and a metal carbide, as shown in FIG. 2D, for example. 113 is generated. When the first layer 111 is Mo and the second layer 112 is Ni, the alloy layer 113 is mainly composed of Ni x S y (x> 0, y> 0) and MoC. At this time, the alloy layer 113 is in a state where Ni x Si having various compositions are mixed, and the contact resistance with the n + type SiC substrate 1 is not yet sufficiently reduced.

続いて、例えば、1回目に照射するレーザ光50を第1のレーザ光とし、2回目に照射するレーザ光50を第2のレーザ光として、第1のレーザ光よりもエネルギー密度が高い第2のレーザ光を図2Eに示すように金属薄膜110のうち合金層113に照射する。言い換えると、金属薄膜110のうち既にレーザ光50が照射された領域内、すなわち合金層113に2回目以降のレーザ光50を照射する。これにより、合金層113に更なるエネルギーが加えられ、合金層113における金属シリサイドNiSiの組成が変化し、n型SiC基板1とのコンタクト抵抗が小さいNiSiの割合が増加する。その結果、例えば図2Fに示すように、n型SiC基板1とのコンタクト抵抗が小さいドレイン電極11(オーミック電極)が形成される。 Subsequently, for example, the first laser beam 50 is used as the first laser beam, the second laser beam 50 is used as the second laser beam, and the second laser beam has a higher energy density than the first laser beam. As shown in FIG. 2E, the laser beam of No. 1 is applied to the alloy layer 113 of the metal thin film 110. In other words, the region of the metal thin film 110 that has already been irradiated with the laser beam 50, that is, the alloy layer 113 is irradiated with the laser beam 50 from the second time onward. As a result, further energy is applied to the alloy layer 113, the composition of the metal silicide Ni x Si in the alloy layer 113 changes, and the proportion of Ni 2 Si having a small contact resistance with the n + type SiC substrate 1 increases. .. As a result, for example, as shown in FIG. 2F, a drain electrode 11 (ohmic electrode) having a small contact resistance with the n + type SiC substrate 1 is formed.

なお、図2C~図2Fでは、分かり易くするため、金属薄膜110のうち一部の領域にレーザ光50を照射する例を示しているが、これに限定されるものではなく、金属薄膜110の全域にレーザ光50を照射してオーミック電極を形成してもよい。 Note that FIGS. 2C to 2F show an example of irradiating a part of the metal thin film 110 with the laser beam 50 for the sake of clarity, but the present invention is not limited to this, and the metal thin film 110 is not limited to this. The ohmic electrode may be formed by irradiating the entire area with the laser beam 50.

このように、レーザアニールのような局所的なアニールとすることで、レーザ照射されていない領域の高温化を抑制できる低温プロセスによってドレイン電極11をオーミック接合させることが可能となる。このため、n型SiC基板1の主表面1a側に形成されたデバイスへの影響を抑制することが可能となる。また、照射するレーザ光50のエネルギー密度がSiCを溶融させない所定以下の値に設定されているため、SiCの一部消失およびこれに伴う半導体素子の抗折強度の低下が抑制される。そのため、低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度を両立することが可能となる。 In this way, by performing local annealing such as laser annealing, the drain electrode 11 can be ohmic-bonded by a low-temperature process that can suppress the temperature rise of the region not irradiated with the laser. Therefore, it is possible to suppress the influence on the device formed on the main surface 1a side of the n + type SiC substrate 1. Further, since the energy density of the laser beam 50 to be irradiated is set to a value equal to or less than a predetermined value that does not melt the SiC, the partial disappearance of the SiC and the accompanying decrease in the bending strength of the semiconductor element are suppressed. Therefore, it is possible to achieve both low contact resistance and bending strength of the element.

そして、この後は図示しないが、例えば、バリアメタルとなるTi、はんだ付け時の共晶材料Ni、酸化保護剤となるAuなどを順に積層することで接合用電極12を形成することができる。そして、ドレイン電極11側にダイシングテープを貼り付けてガラス基板から剥離したのち、ダイシングを行ってチップ単位に分割することで、SiC半導体装置が完成する。 After that, although not shown, the bonding electrode 12 can be formed by laminating Ti as a barrier metal, Ni as a eutectic material at the time of soldering, Au as an oxidation protective agent, and the like in this order. Then, a dicing tape is attached to the drain electrode 11 side and peeled off from the glass substrate, and then dicing is performed to divide the dicing tape into chip units to complete the SiC semiconductor device.

以上が、縦型パワーMOSFETの製造方法である。上記のように、本実施形態では、低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度を両立しつつ、オーミック電極を形成するため、レーザ光50の照射を少なくとも2回以上、エネルギー密度を段階的に上げつつ行う。 The above is the manufacturing method of the vertical power MOSFET. As described above, in the present embodiment, in order to form an ohmic electrode while achieving both low contact resistance and bending strength of the element, the laser beam 50 is irradiated at least twice and the energy density is gradually increased. Do it while doing.

〔複数回のレーザ光照射による効果〕
次に、実施形態のレーザアニールによる効果について参照して説明する。
[Effects of multiple laser irradiations]
Next, the effect of laser annealing of the embodiment will be described with reference to.

まず、比較例として、SiCを溶融させるエネルギー密度(以下、便宜的に「高エネルギー密度」という)のレーザ光50を1回照射する方式のレーザアニールによるオーミック電極の形成について、図3A、図3Bを参照して説明する。 First, as a comparative example, FIGS. 3A and 3B show the formation of an ohmic electrode by laser annealing in which a laser beam 50 having an energy density for melting SiC (hereinafter, referred to as “high energy density” for convenience) is irradiated once. Will be described with reference to.

図3A、図3Bは、n型SiC基板1上の金属薄膜210のうちレーザ光50の1点のスポット照射部分を拡大して示した図である。 3A and 3B are enlarged views showing a spot-irradiated portion of one point of the laser beam 50 in the metal thin film 210 on the n + type SiC substrate 1.

SiC半導体装置におけるオーミック電極形成においては、比較例のレーザアニールは、例えば図3Aに示すように、n型SiC基板1上に形成された金属薄膜210にレーザ光50がスポット照射され、レーザ光50を走査することにより行われる。金属薄膜210は、金属薄膜110と同様に、金属シリサイドや金属カーバイドを形成し得る金属材料によりなり、単層あるいは積層での構成とされる。 In the formation of the ohmic electrode in the SiC semiconductor device, in the laser annealing of the comparative example, for example, as shown in FIG. 3A, the laser beam 50 is spot-irradiated on the metal thin film 210 formed on the n + type SiC substrate 1, and the laser beam is emitted. It is done by scanning 50. Like the metal thin film 110, the metal thin film 210 is made of a metal material capable of forming a metal silicide or a metal carbide, and is composed of a single layer or a laminate.

比較例のレーザアニールでは、レーザ光50を走査する際に連続するスポットの径に対する重複部分を除き、基本的に、同じ領域に2回以上のレーザ光50が照射されることはない。比較例のレーザアニールによれば、金属薄膜210のうちレーザ光50が照射された箇所が金属シリサイドを含む合金層に変化し、例えば図3Bに示すように、n型SiC基板1とオーミック接合するオーミック電極21を形成することができる。 In the laser annealing of the comparative example, basically, the same region is not irradiated with the laser beam 50 more than once except for the overlapping portion with respect to the diameter of the continuous spots when the laser beam 50 is scanned. According to the laser annealing of the comparative example, the portion of the metal thin film 210 irradiated with the laser beam 50 changes to an alloy layer containing the metal silicide, and as shown in FIG. 3B, for example, ohmic contact with the n + type SiC substrate 1. Ohmic electrode 21 can be formed.

しかし、このとき、n型SiC基板1の一部が溶融し、溶融した部分にオーミック電極21が形成される。言い換えると、n型SiC基板1の一部が消失し、n型SiC基板1のうち金属薄膜210との界面に凹凸が形成され、表面粗さが増大してしまう。本発明者らの検討結果によれば、n型SiC基板1の表面粗さが増大すると、基板の抗折強度が低下する傾向にあることが判明している。 However, at this time, a part of the n + type SiC substrate 1 is melted, and the ohmic electrode 21 is formed in the melted part. In other words, a part of the n + type SiC substrate 1 disappears, unevenness is formed at the interface of the n + type SiC substrate 1 with the metal thin film 210, and the surface roughness increases. According to the study results of the present inventors, it has been found that when the surface roughness of the n + type SiC substrate 1 increases, the bending strength of the substrate tends to decrease.

具体的には、SiC基板に金属シリサイドを形成する金属薄膜を形成し、当該金属薄膜にレーザ光50の照射条件を変えてレーザアニールをした複数のサンプルを用意し、各サンプルについてオーミック電極の表面粗さおよび当該サンプルの抗折強度の評価を行った。その結果、例えば図4に示すように、サンプルの表面粗さRa(単位:nm)が大きくなるほど、SiC基板の抗折強度(単位:MPa)が低下する傾向が得られた。これは、レーザアニールにより生じたSiCの表面凹凸が大きくなるにつれて、表面凹凸への応力集中が大きくなることが原因と考えられる。なお、図4の破線は、各データに基づいて最小二乗法等の方法により得られた近似曲線である。 Specifically, a metal thin film forming a metal silicide is formed on the SiC substrate, and a plurality of samples are prepared by laser annealing by changing the irradiation conditions of the laser beam 50 on the metal thin film, and the surface of the ohmic electrode is prepared for each sample. Roughness and bending strength of the sample were evaluated. As a result, for example, as shown in FIG. 4, as the surface roughness Ra (unit: nm) of the sample increased, the bending strength (unit: MPa) of the SiC substrate tended to decrease. It is considered that this is because the stress concentration on the surface unevenness increases as the surface unevenness of SiC generated by the laser annealing increases. The broken line in FIG. 4 is an approximate curve obtained by a method such as the least squares method based on each data.

つまり、比較例のレーザアニールでは、高エネルギー密度のレーザ光照射により、SiC基板とのコンタクト抵抗が小さいオーミック電極を形成することができる一方で、SiC基板の抗折強度が低下してしまい、これらの両立をすることが困難であった。しかし、単にレーザ光50のエネルギー密度を小さくしただけではSiCの溶融を抑え、素子の抗折強度を維持できるものの、シリサイド反応が不十分となり、低コンタクト抵抗を実現できない。 That is, in the laser annealing of the comparative example, the ohmic electrode having a small contact resistance with the SiC substrate can be formed by irradiating the laser beam with high energy density, but the bending strength of the SiC substrate is lowered. It was difficult to achieve both. However, although the melting of SiC can be suppressed and the bending strength of the element can be maintained simply by reducing the energy density of the laser beam 50, the silicide reaction becomes insufficient and low contact resistance cannot be realized.

この課題を解決するため、金属薄膜内においてエネルギー密度が低いレーザ光を照射する第1領域と、第1領域と異なる領域、かつ第1領域よりも高いエネルギー密度のレーザ光を照射する第2領域とに領域分けをすることが提案されている(例えば特許文献1)。 In order to solve this problem, a first region in the metal thin film to be irradiated with a laser beam having a low energy density, a region different from the first region, and a second region to be irradiated with a laser beam having a higher energy density than the first region. It has been proposed to divide the area into (for example, Patent Document 1).

しかし、近年、半導体装置や半導体素子の更なる小型化が進められており、上記のような低コンタクト抵抗化のための領域と素子の抗折強度確保のための領域とに分けることが困難となる。そのため、オーミック電極において、低コンタクト抵抗化と素子の抗折強度確保とを両立する領域を形成することが求められる。 However, in recent years, further miniaturization of semiconductor devices and semiconductor devices has been promoted, and it is difficult to divide them into a region for reducing contact resistance and a region for ensuring the bending strength of the device as described above. Become. Therefore, in the ohmic electrode, it is required to form a region that achieves both low contact resistance and ensuring the bending strength of the element.

本発明者らによる鋭意検討の結果、エネルギー密度の異なるレーザ光照射を2回以上に分けて段階的に行うことにより、低コンタクト抵抗化と素子の抗折強度確保とを両立可能な半導体装置の製造方法を考案するに至った。 As a result of diligent studies by the present inventors, a semiconductor device capable of achieving both low contact resistance and ensuring the bending strength of the device by performing laser beam irradiation with different energy densities in two or more steps in stages. I came up with the idea of a manufacturing method.

実施例に係るレーザアニールは、図2C~図2Fに示すように、SiCを溶融させない低エネルギー密度のレーザ光50の照射を2回以上行い、2回目以降のレーザ光50の照射についてはそのエネルギー密度を既に照射したレーザ光50よりも高くする。また、2回目以降のレーザ光50の照射については、低エネルギー密度かつ既に照射したレーザ光50よりも高いエネルギー密度で行い、既にレーザ光50を照射した領域内で行う。この方法によれば、例えば図2Fに示すように、金属薄膜110下のn型SiC基板1におけるSiCの溶融を抑えつつ、n型SiC基板1とオーミック接合されたドレイン電極11を形成することができる。 As shown in FIGS. 2C to 2F, the laser annealing according to the embodiment is performed by irradiating the laser beam 50 having a low energy density that does not melt SiC twice or more, and the energy of the second and subsequent irradiations of the laser beam 50. The density is made higher than the laser beam 50 already irradiated. Further, the second and subsequent irradiations of the laser beam 50 are performed at a low energy density and an energy density higher than that of the already irradiated laser beam 50, and are performed within the region already irradiated with the laser beam 50. According to this method, for example, as shown in FIG. 2F, the drain electrode 11 ohmic-bonded to the n + type SiC substrate 1 is formed while suppressing the melting of SiC in the n + type SiC substrate 1 under the metal thin film 110. be able to.

次に、比較例および実施例のレーザアニールにより得られたサンプル(以下、単に「比較例のサンプル」、「実施例のサンプル」という)におけるコンタクト抵抗、表面粗さおよび抗折強度について、図5、図6を参照して説明する。 Next, FIG. 5 shows the contact resistance, surface roughness and bending strength of the samples obtained by laser annealing of Comparative Examples and Examples (hereinafter, simply referred to as “Samples of Comparative Examples” and “Samples of Examples”). , FIG. 6 will be described.

図5では、縦軸のコンタクト抵抗については対数目盛の表示となっており、縦軸の上限値と下限値との差が1桁となっている。図6では、プロットが左の縦軸である表面粗さを示し、棒グラフが右の縦軸である抗折強度を示している。また、図5、図6の横軸における「比較例」は比較例のサンプルを、「実施例」は実施例のサンプルを、それぞれ示すものである。 In FIG. 5, the contact resistance on the vertical axis is displayed on a logarithmic scale, and the difference between the upper limit value and the lower limit value on the vertical axis is one digit. In FIG. 6, the plot shows the surface roughness on the left vertical axis, and the bar graph shows the bending strength on the right vertical axis. Further, "comparative example" on the horizontal axis of FIGS. 5 and 6 indicates a sample of the comparative example, and "example" indicates a sample of the example.

なお、比較例のサンプルおよび実施例のサンプルは、SiC基板上の金属薄膜にレーザ光50を照射して形成されたオーミック電極を備えるサンプルであり、レーザ光50のエネルギー密度および照射回数を除き、他の条件については同一である。 The sample of the comparative example and the sample of the example are samples provided with an ohmic electrode formed by irradiating a metal thin film on a SiC substrate with a laser beam 50, except for the energy density of the laser beam 50 and the number of irradiations. The other conditions are the same.

まず、コンタクト抵抗(単位:Ω)については、例えば図5に示すように、実施例のサンプルは、比較例のサンプルと同じ桁の抵抗値であった。これは、低エネルギー密度のレーザ光50によるレーザアニールであっても、2回同じ領域にレーザ光50の照射を繰り返すことで、高エネルギー密度のレーザ光50によるレーザアニールと同程度の低コンタクト抵抗化の効果が得られることを示している。 First, regarding the contact resistance (unit: Ω), as shown in FIG. 5, for example, the sample of the example had the same resistance value as the sample of the comparative example. This is because even if the laser annealing is performed by the laser beam 50 having a low energy density, the same region is repeatedly irradiated with the laser beam 50 twice, so that the contact resistance is as low as that of the laser annealing by the laser beam 50 having a high energy density. It shows that the effect of conversion can be obtained.

表面粗さについては、例えば図6に示すように、実施例のサンプルは、比較例のサンプルよりも小さくなっていた。これは、低エネルギー密度のレーザ光50としたことで、レーザアニール時のSiCの溶融が抑制され、SiC基板とオーミック電極との界面における凹凸が低減したことで、オーミック電極表面の表面粗さが低減されたことを示唆している。以下、説明の便宜上、SiC基板とオーミック電極との界面における凹凸を「界面凹凸」と称する。 Regarding the surface roughness, for example, as shown in FIG. 6, the sample of the example was smaller than the sample of the comparative example. This is because the low energy density laser beam 50 suppresses the melting of SiC during laser annealing and reduces the unevenness at the interface between the SiC substrate and the ohmic electrode, resulting in a surface roughness of the ohmic electrode surface. It suggests that it has been reduced. Hereinafter, for convenience of explanation, the unevenness at the interface between the SiC substrate and the ohmic electrode is referred to as “interface unevenness”.

抗折強度については、例えば図6に示すように、実施例のサンプルは、比較例のサンプルよりも2倍近く大きくなっていた。これは、レーザアニール時のSiCの溶融が抑制され、界面凹凸が低減した結果、SiC基板における応力集中が緩和され、抗折強度が向上したことを示すと考えられる。 Regarding the bending strength, for example, as shown in FIG. 6, the sample of the example was nearly twice as large as the sample of the comparative example. It is considered that this indicates that the melting of SiC at the time of laser annealing was suppressed and the interfacial unevenness was reduced, and as a result, the stress concentration on the SiC substrate was alleviated and the bending strength was improved.

なお、素子強度を確保できる抗折強度は、1000MPa以上であり、製造される製品のすべてにおいて抗折強度が1000MPa以上になるようにするのが望ましい。比較例のサンプルは抗折強度が1000MPa未満となりうるのに対し、実施例のサンプルは、いずれも抗折強度が1000MPa以上であった。 The bending strength that can secure the element strength is 1000 MPa or more, and it is desirable that the bending strength is 1000 MPa or more in all the manufactured products. The sample of the comparative example had a bending strength of less than 1000 MPa, whereas the sample of the example had a bending strength of 1000 MPa or more.

上記したように、レーザ光50を低エネルギー密度とし、少なくとも2段階のレーザアニールを行うことにより、オーミック電極の同じ部位においてコンタクト抵抗を下げつつ、抗折強度を確保することが可能となる。つまり、SiCの溶融を抑えた上で、合金層を形成する第1工程と、第1工程で形成した金属シリサイドの組成を変化させ、コンタクト抵抗を下げる第2工程とを含むレーザアニールによりオーミック電極を形成する。これにより、電極の同じ領域において低コンタクト抵抗化しつつも、半導体素子の抗折強度を確保することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。 As described above, by setting the laser beam 50 to a low energy density and performing laser annealing in at least two steps, it is possible to secure the bending strength while lowering the contact resistance at the same portion of the ohmic electrode. That is, the ohmic electrode is subjected to laser annealing including a first step of forming an alloy layer while suppressing melting of SiC and a second step of changing the composition of the metal silicide formed in the first step to lower the contact resistance. To form. As a result, it is possible to secure the bending strength of the semiconductor element while reducing the contact resistance in the same region of the electrode, and it is possible to manufacture a highly reliable semiconductor device.

本実施形態によれば、高エネルギー密度のレーザ光50の照射やレーザ光照射の領域分けをする必要がなくなり、低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度の確保を両立できる半導体装置の製造方法となる。また、n型SiC基板1の裏面1b上の金属薄膜110の全域にレーザ光50を照射することができるため、半導体素子が小型化された場合であっても適用可能となる。 According to the present embodiment, it is not necessary to irradiate the laser beam 50 having a high energy density or to divide the area of the laser beam irradiation, and it is possible to obtain a semiconductor device manufacturing method capable of achieving both low contact resistance and ensuring the bending strength of the device. Become. Further, since the laser beam 50 can be applied to the entire area of the metal thin film 110 on the back surface 1b of the n + type SiC substrate 1, it can be applied even when the semiconductor element is miniaturized.

(他の実施形態)
本発明は、実施例に準拠して記述されたが、本発明は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described in accordance with the examples, it is understood that the present invention is not limited to the examples and structures. The present invention also includes various modifications and variations within a uniform range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element thereof, more or less, are also within the scope and scope of the invention.

例えば、上記実施形態では、SiC半導体装置を代表例として説明したが、SiC半導体装置以外の半導体装置についても、複数回のレーザアニールによりオーミック電極を形成することが可能であり、SiC半導体装置に限定されない。また、レーザアニールによるオーミック電極の一例としてドレイン電極11を挙げたが、これに限定されるものではない。 For example, in the above embodiment, the SiC semiconductor device has been described as a typical example, but it is possible to form an ohmic electrode by laser annealing a plurality of times for a semiconductor device other than the SiC semiconductor device, and the semiconductor device is limited to the SiC semiconductor device. Not done. Further, the drain electrode 11 is mentioned as an example of the ohmic electrode by laser annealing, but the drain electrode 11 is not limited thereto.

1 炭化珪素半導体基板
1a 主表面
1b 裏面
11 オーミック電極
110 金属薄膜
50 レーザ光
1 Silicon carbide semiconductor substrate 1a Main surface 1b Back surface 11 Ohmic electrode 110 Metal thin film 50 Laser light

Claims (4)

主表面(1a)および裏面(1b)を有する炭化珪素半導体基板(1)と、前記炭化珪素半導体基板の前記主表面の側と前記裏面の側の少なくとも一方において、炭化珪素の一面とオーミック接合させられたオーミック電極(11)とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記オーミック接合させられる前記炭化珪素半導体基板の上に、少なくともシリサイドを構成する金属材料を含む金属薄膜(110)を形成することと、
前記金属薄膜に対してエネルギー密度が異なるレーザ光(50)を複数回照射し、前記金属薄膜と前記炭化珪素中のSiと反応させて、金属シリサイドを生成することと、を含み、
前記レーザ光を複数回照射することにおいては、2回目以降の前記レーザ光の照射については、前記金属薄膜のうち少なくとも前記レーザ光を照射した範囲内に、既に照射した前記レーザ光よりもエネルギー密度の高い前記レーザ光を照射する、半導体装置の製造方法。
A silicon carbide semiconductor substrate (1) having a main surface (1a) and a back surface (1b) is ohmic-bonded to one surface of silicon carbide on at least one of the main surface side and the back surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having an ohmic electrode (11).
Forming a metal thin film (110) containing at least a metal material constituting silicide on the silicon carbide semiconductor substrate to be ohmic-bonded.
It comprises irradiating the metal thin film with laser light (50) having different energy densities multiple times and reacting the metal thin film with Si in the silicon carbide to form a metal silicide.
In irradiating the laser beam a plurality of times, for the second and subsequent irradiations of the laser beam, the energy density is higher than that of the laser beam already irradiated in at least the range of the metal thin film irradiated with the laser beam. A method for manufacturing a semiconductor device, which irradiates a high-grade laser beam.
前記金属薄膜を形成することにおいては、前記炭化珪素の側からMo、Niが積層された構成とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal thin film is formed by laminating Mo and Ni from the side of the silicon carbide. 前記レーザ光を複数回照射することにおいては、前記レーザ光のエネルギー密度を前記炭化珪素を溶融させない所定以下の値とする、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein when the laser beam is irradiated a plurality of times, the energy density of the laser beam is set to a value equal to or less than a predetermined value that does not melt the silicon carbide. 前記レーザ光を複数回照射することにおいては、
前記金属薄膜に対して第1のレーザ光(50)を照射し、前記金属薄膜と前記炭化珪素中のSiまたはCと反応させて、前記金属シリサイドを生成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記金属薄膜のうち前記第1のレーザ光が照射された領域内に前記第1のレーザ光よりも高いエネルギー密度の第2のレーザ光を照射し、前記金属シリサイドの組成を変える第2工程と、を含む、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
In irradiating the laser beam multiple times,
The first step of irradiating the metal thin film with the first laser beam (50) and reacting the metal thin film with Si or C in the silicon carbide to produce the metal silicide.
After the first step, a second laser beam having a higher energy density than the first laser beam is irradiated into the region of the metal thin film irradiated with the first laser beam to obtain the metal silicide. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second step of changing the composition.
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