JP2022146601A - Silicon carbide semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、炭化珪素半導体装置及び炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
炭化珪素半導体装置では、電極の上に、ニッケル(Ni)めっき膜、パラジウム(Pd)めっき膜、金(Au)めっき膜が順に形成されている。 In a silicon carbide semiconductor device, a nickel (Ni) plating film, a palladium (Pd) plating film, and a gold (Au) plating film are sequentially formed on electrodes.
従来の炭化珪素半導体装置においては、Niめっき膜に亀裂が発生することがある。特に電極の上面に高低差が大きい凹凸が形成されている場合に、Niめっき膜に亀裂が発生しやすい。 In a conventional silicon carbide semiconductor device, cracks may occur in the Ni plating film. In particular, cracks are likely to occur in the Ni plating film when unevenness with a large height difference is formed on the upper surface of the electrode.
本開示は、Niめっき膜における亀裂の発生を抑制できる炭化珪素半導体装置及び炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device that can suppress the occurrence of cracks in the Ni plating film.
本開示の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板の第1主面の上に形成された電極と、前記電極の上に形成され、Pを含むNiめっき膜と、前記Niめっき膜の上に形成されたPdめっき膜と、前記Pdめっき膜の上に形成されたAuめっき膜と、を有し、前記Niめっき膜の前記電極との第1界面における第1P濃度は、前記Niめっき膜の前記Pdめっき膜との第2界面における第2P濃度よりも高い。 A silicon carbide semiconductor device of the present disclosure includes an electrode formed on a first main surface of a silicon carbide substrate, a Ni plating film formed on the electrode and containing P, and a Ni plating film formed on the Ni plating film. and an Au-plated film formed on the Pd-plated film, wherein the first P concentration at the first interface between the Ni-plated film and the electrode is equal to the above-mentioned It is higher than the second P concentration at the second interface with the Pd plating film.
本開示によれば、Niめっき膜における亀裂の発生を抑制できる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the Ni plating film.
実施するための形態について、以下に説明する。 The form for carrying out is demonstrated below.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、"-"(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure are listed and described. In the following description, the same or corresponding elements are given the same reference numerals and the same descriptions thereof are not repeated. In the crystallographic descriptions in this specification, individual orientations are indicated by [ ], aggregated orientations by <>, individual planes by ( ), and aggregated planes by { }. In addition, the fact that the crystallographic index is negative is usually expressed by attaching a "-" (bar) above the number, but in this specification, a negative sign is attached before the number. there is
〔1〕 本開示の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板の第1主面の上に形成された電極と、前記電極の上に形成され、Pを含むNiめっき膜と、前記Niめっき膜の上に形成されたPdめっき膜と、前記Pdめっき膜の上に形成されたAuめっき膜と、を有し、前記Niめっき膜の前記電極との第1界面における第1P濃度は、前記Niめっき膜の前記Pdめっき膜との第2界面における第2P濃度よりも高い。 [1] A silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present disclosure includes: an electrode formed on a first main surface of a silicon carbide substrate; a Ni plating film formed on the electrode and containing P; A Pd-plated film formed on a Ni-plated film and an Au-plated film formed on the Pd-plated film, wherein a first P concentration at a first interface between the Ni-plated film and the electrode is , higher than the second P concentration at the second interface between the Ni plating film and the Pd plating film.
第1P濃度が第2P濃度よりも高いため、Niめっき膜の電極側の部分により良好な被覆性が得られ、Pdめっき膜側の部分によりPdめっき膜との間に良好な密着性が得られる。従って、Niめっき膜に優れた平坦性が得られ、Pdめっき膜にも優れた平坦性が得られる。このため、Auめっき膜の形成に用いられるめっき液のPdめっき膜の透過を抑制し、Niめっき膜における亀裂の発生を抑制できる。 Since the first P concentration is higher than the second P concentration, the portion of the Ni plating film on the electrode side provides good coverage, and the portion on the Pd plating film side provides good adhesion to the Pd plating film. . Therefore, excellent flatness is obtained for the Ni plating film, and excellent flatness is also obtained for the Pd plating film. Therefore, it is possible to suppress the permeation of the plating solution used for forming the Au plating film through the Pd plating film and suppress the occurrence of cracks in the Ni plating film.
〔2〕 〔1〕において、前記第1P濃度は12質量%以上であり、前記第2P濃度は4質量%以下であってもよい。第1P濃度が12質量%以上であると、特に良好な被覆性が得られ、第2P濃度が4質量%以下であると、Pdめっき膜との間に特に良好な密着性が得られる。 [2] In [1], the first P concentration may be 12% by mass or more, and the second P concentration may be 4% by mass or less. When the first P concentration is 12% by mass or more, particularly good coverage is obtained, and when the second P concentration is 4% by mass or less, particularly good adhesion to the Pd plating film is obtained.
〔3〕 〔1〕又は〔2〕において、前記炭化珪素基板の上に形成され、コンタクトホールが形成された絶縁膜を有し、前記電極は、前記絶縁膜の上に形成され、前記コンタクトホールを通じて前記炭化珪素基板に接続され、前記電極の上面には、高低差が0.8μm以上1.5μmの凹凸があってもよい。高低差が0.8μm以上1.5μmの凹凸があっても、Niめっき膜が良好な被覆性を有するため、亀裂の発生を抑制できる。 [3] In [1] or [2], an insulating film formed on the silicon carbide substrate and having a contact hole formed therein is provided, and the electrode is formed on the insulating film through the contact hole. The electrode may be connected to the silicon carbide substrate through the electrode, and the upper surface of the electrode may have unevenness with a height difference of 0.8 μm or more and 1.5 μm. Even if there is an unevenness with a height difference of 0.8 μm or more and 1.5 μm, the Ni plating film has good coverage, so cracking can be suppressed.
〔4〕 〔1〕~〔3〕において、前記第1界面を構成する点のうちで最も前記第1主面から離れた第1点と、前記第1点を通り前記第1主面に垂直な仮想直線と前記第2界面との交点との中心に位置する中心点における第3P濃度は、前記第1P濃度よりも低く、かつ前記第2P濃度よりも高くてもよい。この場合、Niめっき膜内での急激なP濃度の変化を抑制できる。 [4] In [1] to [3], the first point farthest from the first main surface among the points constituting the first interface and the first point passing through and perpendicular to the first main surface A third P concentration at a central point located at a center of an intersection of the virtual straight line and the second interface may be lower than the first P concentration and higher than the second P concentration. In this case, rapid changes in the P concentration in the Ni plating film can be suppressed.
〔5〕 〔4〕において、前記第3P濃度は、4質量%よりも高く、12質量%よりも低くてもよい。この場合、Niめっき膜内での急激なP濃度の変化を抑制しやすい。 [5] In [4], the third P concentration may be higher than 4% by mass and lower than 12% by mass. In this case, it is easy to suppress a rapid change in the P concentration in the Ni plating film.
〔6〕 〔4〕又は〔5〕において、前記第1点と前記中心点との間の平均結晶粒径は、前記交点と前記中心点との間の平均結晶粒径よりも小さくてもよい。Niめっき膜の形成に用いるめっき液のP濃度によっては、第1点と中心点との間の平均結晶粒径が、交点と中心点との間の平均結晶粒径より小さくなることがある。 [6] In [4] or [5], the average grain size between the first point and the center point may be smaller than the average grain size between the intersection point and the center point. . Depending on the P concentration of the plating solution used to form the Ni plating film, the average grain size between the first point and the center point may be smaller than the average grain size between the intersection point and the center point.
〔7〕 〔1〕~〔6〕において、前記電極は、Al又はCuを含んでもよい。この場合、電極の抵抗を低減しやすい。 [7] In [1] to [6], the electrode may contain Al or Cu. In this case, it is easy to reduce the resistance of the electrode.
〔8〕 本開示の他の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の第1主面の上に電極を形成する工程と、前記電極の上に、Pを含むNiめっき膜を形成する工程と、前記Niめっき膜の上にPdめっき膜を形成する工程と、前記Pdめっき膜の上にAuめっき膜を形成する工程と、を有し、前記Niめっき膜を形成する工程は、第1P濃度の第1めっき液を用いて第1Niめっき膜を形成する工程と、前記第1Niめっき膜の上に、前記第1P濃度よりも低い第2P濃度の第2めっき液を用いて第2Niめっき膜を形成する工程と、を有する。 [8] A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to another aspect of the present disclosure includes forming an electrode on a first main surface of a silicon carbide substrate; forming a film, forming a Pd plating film on the Ni plating film, and forming an Au plating film on the Pd plating film, wherein the Ni plating film is formed. The steps include forming a first Ni-plated film using a first plating solution having a first P concentration, and using a second plating solution having a second P concentration lower than the first P concentration on the first Ni-plated film. and forming a second Ni plating film.
第1めっき液を用いて第1Niめっき膜を形成することで、良好な被覆性が得られる。また、第2めっき液を用いて第2Niめっき膜を形成することで、Niめっき膜の上に密着性が良好なPdめっき膜を形成しやい。このため、Auめっき膜の形成に用いられるめっき液のPdめっき膜の透過を抑制し、Niめっき膜における亀裂の発生を抑制できる。 By forming the first Ni plating film using the first plating solution, good coverage can be obtained. Further, by forming the second Ni plating film using the second plating solution, it is easy to form the Pd plating film with good adhesion on the Ni plating film. Therefore, it is possible to suppress the permeation of the plating solution used for forming the Au plating film through the Pd plating film and suppress the occurrence of cracks in the Ni plating film.
〔9〕 〔8〕において、前記第1P濃度は12質量%以上であり、前記第2P濃度は4質量%以下であってもよい。第1P濃度が12質量%以上であると、特に良好な被覆性が得られ、第2P濃度が4質量%以下であると、Pdめっき膜との間に特に良好な密着性が得られる。 [9] In [8], the first P concentration may be 12% by mass or more, and the second P concentration may be 4% by mass or less. When the first P concentration is 12% by mass or more, particularly good coverage is obtained, and when the second P concentration is 4% by mass or less, particularly good adhesion to the Pd plating film is obtained.
〔10〕 〔8〕又は〔9〕において、前記第1Niめっき膜を形成する工程と前記第2Niめっきを形成する工程との間に、前記第1Niめっき膜の上に、前記第1P濃度よりも低く、かつ前記第2P濃度よりも高い第3P濃度の第3めっき液を用いて第3Niめっき膜を形成する工程を有し、前記第2Niめっき膜は前記第3Niめっき膜の上に形成されてもよい。この場合、Niめっき膜内での急激なP濃度の変化を抑制できる。 [10] In [8] or [9], between the step of forming the first Ni-plated film and the step of forming the second Ni-plated film, on the first Ni-plated film, forming a third Ni-plated film using a third plating solution having a third P concentration that is low and higher than the second P concentration, wherein the second Ni-plated film is formed on the third Ni-plated film; good too. In this case, rapid changes in the P concentration in the Ni plating film can be suppressed.
〔11〕 〔10〕において、前記第3P濃度は、4質量%より高く、12質量%より低くてもよい。この場合、Niめっき膜内での急激なP濃度の変化を抑制しやすい。 [11] In [10], the third P concentration may be higher than 4% by mass and lower than 12% by mass. In this case, it is easy to suppress a rapid change in the P concentration in the Ni plating film.
〔12〕 〔10〕又は〔11〕において、前記第1Niめっき膜の厚さは1.5μm以上2.5μm以下であり、前記第2Niめっき膜の厚さは1.0μm以上2.0μm以下であり、前記第3Niめっき膜の厚さは1.0μm以上2.0μm以下であってもよい。この場合、Niめっき膜における亀裂の発生を特に抑制しやすい。 [12] In [10] or [11], the thickness of the first Ni plating film is 1.5 μm or more and 2.5 μm or less, and the thickness of the second Ni plating film is 1.0 μm or more and 2.0 μm or less. and the third Ni plating film may have a thickness of 1.0 μm or more and 2.0 μm or less. In this case, it is particularly easy to suppress the occurrence of cracks in the Ni plating film.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。図1は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Embodiments of the present disclosure will be described in detail below, but the present disclosure is not limited thereto. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment.
図1に示されるように、実施形態に係る炭化珪素半導体装置100は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜81と、ゲート電極82と、層間絶縁膜83と、ソース電極60と、ドレイン電極70とを主に有している。
As shown in FIG. 1 , silicon
炭化珪素基板10は、炭化珪素単結晶基板50と、炭化珪素単結晶基板50上にある炭化珪素エピタキシャル層40とを含む。炭化珪素基板10は、第1主面1と、第1主面1と反対側の第2主面2とを有する。炭化珪素エピタキシャル層40は第1主面1を構成し、炭化珪素単結晶基板50は第2主面2を構成する。炭化珪素単結晶基板50及び炭化珪素エピタキシャル層40は、例えばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板50は、例えば窒素(N)等のn型不純物を含みn型を有する。炭化珪素基板10に半導体素子が形成されている。
第1主面1は、{0001}面または{0001}面がオフ方向に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。好ましくは、第1主面1は、(000-1)面又は(000-1)面がオフ方向に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ方向は、例えば<11-20>方向であってもよいし、<1-100>方向であってもよい。オフ角は、例えば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。
The first
本実施形態では、炭化珪素基板10に半導体素子の一例として電界効果トランジスタが形成されている。炭化珪素エピタキシャル層40は、ドリフト領域11と、ボディ領域12と、ソース領域13と、コンタクト領域18とを主に有する。
In the present embodiment, a field effect transistor is formed on
ドリフト領域11は、例えば窒素又はリン(P)等のn型不純物が添加されていることでn型を有する。ドリフト領域11へのn型不純物の添加は、イオン注入によってではなく、ドリフト領域11のエピタキシャル成長時の不純物添加によって行われていることが好ましい。
The
ボディ領域12はドリフト領域11上に設けられている。ボディ領域12は、例えばアルミニウム(Al)等のp型不純物が添加されていることでp型を有する。
ソース領域13は、ボディ領域12によってドリフト領域11から隔てられるようにボディ領域12上に設けられている。ソース領域13は、例えば窒素又はリン等のn型不純物が添加されていることでn型を有する。ソース領域13は、第1主面1を構成している。
コンタクト領域18は、例えばアルミニウム等のp型不純物が添加されていることでp型を有する。コンタクト領域18は、第1主面1を構成する。コンタクト領域18は、ソース領域13を貫通し、ボディ領域12に接する。
The
第1主面1には、複数のゲートトレンチ5が設けられている。ゲートトレンチ5は、例えば第1主面1に平行な第1方向に延びており、複数のゲートトレンチ5が第2方向に並んでいる。ゲートトレンチ5は、ドリフト領域11からなる底面4を有する。ゲートトレンチ5は、ソース領域13及びボディ領域12を貫通して底面4に連なる側面3を有する。底面4は、例えば第2主面2と平行な平面である。底面4を含む平面に対する側面3の角度は、例えば50°以上65°以下である。この角度は、例えば55°以上であってもよい。この角度は、例えば60°以下であってもよい。側面3は、好ましくは、{0-33-8}面を有する。{0-33-8}面は、優れた移動度が得られる結晶面である。底面4を含む平面に対する側面3の角度が90°であってもよい。
A plurality of
側面3及び底面4に接するゲート絶縁膜81が設けられている。ゲート絶縁膜81は、例えば酸化膜である。ゲート絶縁膜81は、例えば二酸化珪素を含む材料により構成されている。ゲート絶縁膜81は、底面4においてドリフト領域11と接する。ゲート絶縁膜81は、側面3においてソース領域13、ボディ領域12及びドリフト領域11の各々と接している。ゲート絶縁膜81は、第1主面1においてソース領域13と接していてもよい。
A
ゲート絶縁膜81上にゲート電極82が設けられている。ゲート電極82は、例えば導電性不純物を含むポリシリコン(ポリSi)から構成されている。ゲート電極82は、ゲートトレンチ5の内部に配置されている。
A
ゲート電極82及びゲート絶縁膜81に接する層間絶縁膜83が設けられている。層間絶縁膜83は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成されている。層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81には、第2方向に一定の間隔でコンタクトホール90が形成されている。コンタクトホール90は、第2方向で隣り合うコンタクトホール90の間にゲートトレンチ5が位置するように設けられている。コンタクトホール90は、第1方向に延びる。コンタクトホール90を通じて、ソース領域13及びコンタクト領域18が層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81から露出している。例えば、コンタクトホール90の深さは0.8μm以上1.5μm以下であり、1.0μm以上1.3μm以下であってもよい。また、例えば、コンタクトホール90の径は2.0μm以上5.0μm以下であり、2.5μm以上4.5μm以下であってもよい。
An interlayer insulating
第1主面1に接するソース電極60が設けられている。ソース電極60は、コンタクトホール90内に設けられたコンタクト電極61と、ソース配線62とを有する。コンタクト電極61は、第1主面1において、ソース領域13及びコンタクト領域18に接している。コンタクト電極61は、例えばニッケルシリサイド(NiSi)を含む材料から構成されている。コンタクト電極61が、チタン(Ti)と、アルミニウムと、シリコンとを含む材料から構成されていてもよい。コンタクト電極61は、ソース領域13及びコンタクト領域18とオーミック接合している。つまり、ソース電極60は、コンタクトホール90を通じて炭化珪素基板10に接続されている。ソース配線62は、例えばアルミニウム又は銅(Cu)を含む材料から構成されている。ソース配線62が、アルミニウム及び銅を含む材料から構成されていてもよい。ソース電極60は層間絶縁膜83によりゲート電極82から電気的に絶縁されている。ソース電極60が、ソース配線62と層間絶縁膜83との間に窒化チタン(TiN)膜等のバリアメタル膜を含んでもよい。ソース電極60は電極の一例である。
A
ソース電極60の上面には、コンタクトホール90を反映した凹凸が形成されている。凹凸の高低差D1はコンタクトホール90の深さと同程度であり、例えば、0.8μm以上1.5μm以下である。凹凸の高低差が1.0μm以上1.3μm以下であってもよい。ここでいう高低差D1とは、断面視で互いに隣り合う凹部と凸部との間の、第1主面1からの距離の差をいう。
The upper surface of the
ソース電極60の上に、リンを含むニッケル(Ni)めっき膜63が形成され、Niめっき膜63の上にパラジウム(Pd)めっき膜64が形成され、Pdめっき膜64の上に金(Au)めっき膜65が形成されている。Niめっき膜63の厚さは、好ましくは3.0μm以上7.0μm以下であり、より好ましくは4.0μm以上6.0μm以下である。Pdめっき膜64の厚さは、好ましくは20nm以上40nm以下であり、より好ましくは25nm以上35nm以下である。Auめっき膜65の厚さは、好ましくは30nm以上70nm以下であり、より好ましくは40nm以上60nm以下である。Niめっき膜63、Pdめっき膜64及びAuめっき膜65の各厚さは、各膜の最も厚い部分の厚さである。例えば、Niめっき膜63においては、ソース電極60の上面の凹部に入り込んだ部分の厚さである。
A nickel (Ni) plating
Niめっき膜63は、ソース電極60と接する第1面63Aと、Pdめっき膜64と接する第2面63Bとを有する。第1面63Aにおける第1P濃度は、第2面63Bにおける第2P濃度よりも高い。例えば、第1P濃度は、好ましくは12質量%以上であり、より好ましくは13質量%以上であり、15質量%以下であってもよい。また、第2P濃度は、好ましくは4質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下であり、2質量%以上であってもよい。P濃度は、例えばエネルギー分散型X線分光(EDX)により測定できる。第1面63Aは第1界面の一例であり、第2面63Bは第2界面の一例である。
Ni plated
また、第1面63Aを構成する点のうちで最も第1主面1から離れた第1点91と、第1点91を通り第1主面1に垂直な仮想直線L1と第2面63Bとの交点92との中心に位置する中心点93における第3P濃度は、第1P濃度よりも低く、かつ第2P濃度よりも高くてもよい。例えば、第1点91におけるNiめっき膜63のP濃度は第1濃度であり、交点92におけるNiめっき膜63のP濃度は第2濃度である。
Further, a
ドレイン電極70は、第2主面2に接する。ドレイン電極70は、第2主面2において炭化珪素単結晶基板50と接している。ドレイン電極70は、ドリフト領域11と電気的に接続されている。ドレイン電極70は、例えばニッケルシリサイドを含む材料から構成されている。ドレイン電極70がチタンと、アルミニウムと、シリコンとを含む材料から構成されていてもよい。ドレイン電極70は、炭化珪素単結晶基板50とオーミック接合している。
なお、上記各不純物領域におけるアクセプタの濃度及びドナーの濃度は、例えば走査型静電容量顕微鏡(scanning capacitance microscope:SCM)を用いた測定又は二次イオン質量分析(secondary ion mass spectrometry:SIMS)等により測定できる。 The acceptor concentration and the donor concentration in each impurity region can be determined, for example, by measurement using a scanning capacitance microscope (SCM) or secondary ion mass spectrometry (SIMS). can be measured.
次に、実施形態に係る炭化珪素半導体装置100の製造方法について説明する。図2~図11は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing silicon
まず、図2に示されるように、炭化珪素単結晶基板50を準備する。次に、炭化珪素単結晶基板50の上に炭化珪素エピタキシャル層40を形成する。例えば、炭化珪素単結晶基板50は、窒素等のn型不純物を含み、n型を有する。例えば、炭化珪素エピタキシャル層40は窒素等のn型不純物を添加したエピタキシャル成長により形成できる。このようにして、第1主面1と、第2主面2とを有する炭化珪素基板10が得られる。
First, as shown in FIG. 2, silicon carbide
次に、図3に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層40へのイオン注入を行う。例えば、イオン注入により、ボディ領域12、ソース領域13及びコンタクト領域18が形成される。炭化珪素エピタキシャル層40の残部がドリフト領域11として機能する。ボディ領域12又はコンタクト領域18を形成するためのイオン注入においては、例えばアルミニウム等のp型不純物をイオン注入する。ソース領域13を形成するためのイオン注入においては、例えばリン等のn型不純物をイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 3, ion implantation into silicon
次に、図4に示されるように、ソース領域13、ボディ領域12及びドリフト領域11に複数のゲートトレンチ5を形成する。ゲートトレンチ5は、次のようにして形成できる。
Next, as shown in FIG. 4, a plurality of
まず、ゲートトレンチ5を形成しようとする領域上に開口を有するマスク(図示せず)を形成する。次に、マスクを用いて、ソース領域13の一部と、ボディ領域12の一部と、ドリフト領域11の一部とをエッチングにより除去する。エッチングは、例えば反応性イオンエッチング(reactive ion etching:RIE)である。エッチングにより、ゲートトレンチ5を形成しようとする領域に、第1主面1に対してほぼ垂直な側部と、側部と連続的に設けられ、かつ第1主面1とほぼ平行な底部とを有する凹部が形成される。
First, a mask (not shown) having openings over regions where
次に、凹部において熱エッチングを行う。熱エッチングは、第1主面1上にマスクが形成された状態で、例えば、少なくとも1種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子及びフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、例えば、塩素(Cl2)、三塩化ホウ素(BCl3)、六フッ化硫黄(SF6)又は四フッ化炭素(CF4)を含む。例えば、塩素ガスと酸素(O2)ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を800℃以上900℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、例えば窒素(N2)ガス、アルゴン(Ar)ガス又はヘリウム(He)ガス等を用いることができる。
Thermal etching is then performed in the recess. Thermal etching can be performed in a state in which a mask is formed on first
上記熱エッチングにより、第1主面1にゲートトレンチ5が形成される。ゲートトレンチ5は、ドリフト領域11からなる底面4と、ソース領域13及びボディ領域12を貫通して底面4に連なる側面3とを有する。熱エッチング後に、マスクが第1主面1から除去される。
A
次に、図5に示されるように、ゲート絶縁膜81を形成する。例えば炭化珪素基板10を熱酸化することにより、ソース領域13と、ボディ領域12と、ドリフト領域11と、コンタクト領域18とに接するゲート絶縁膜81が形成される。具体的には、炭化珪素基板10を、酸素を含む雰囲気中において、例えば1300℃以上1400℃以下の温度で加熱する。これにより、第1主面1と、側面3と、底面4とに接するゲート絶縁膜81が形成される。なお、ゲート絶縁膜81が熱酸化により形成された場合、厳密には、炭化珪素基板10の一部がゲート絶縁膜81に取り込まれる。このため、以降の処理では、熱酸化後のゲート絶縁膜81と炭化珪素基板10との間の界面に第1主面1、側面3及び底面4が若干移動したものとする。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、一酸化窒素(NO)ガス雰囲気中において炭化珪素基板10に対して熱処理(NOアニール)を行ってもよい。NOアニールにおいて、炭化珪素基板10が、例えば1100℃以上1400℃以下の条件下で1時間程度保持される。これにより、ゲート絶縁膜81とボディ領域12との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、チャネル移動度を向上させることができる。
Next, heat treatment (NO annealing) may be performed on
次に、図6に示されるように、ゲート電極82を形成する。ゲート電極82は、ゲート絶縁膜81上に形成される。ゲート電極82は、例えば減圧CVD(low pressure - chemical vapor deposition:LP-CVD)法により形成される。ゲート電極82は、ソース領域13と、ボディ領域12と、ドリフト領域11との各々に対面するように形成される。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示されるように、層間絶縁膜83を形成する。具体的には、ゲート電極82を覆い、かつゲート絶縁膜81と接するように層間絶縁膜83が形成される。層間絶縁膜83は、例えば、CVD法により形成される。層間絶縁膜83は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成される。層間絶縁膜83の一部がゲートトレンチ5の内部に形成されてもよい。
Next, as shown in FIG. 7, an
次に、図8に示されるように、層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81のエッチングを行うことで、層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81にコンタクトホール90を形成する。この結果、ソース領域13及びコンタクト領域18が層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81から露出する。次に、第1主面1においてソース領域13及びコンタクト領域18に接するコンタクト電極61用の金属膜(図示せず)を形成する。コンタクト電極61用の金属膜は、例えばスパッタリング法により形成される。コンタクト電極61用の金属膜は、例えばニッケルを含む材料から構成される。次に、合金化アニールを行う。コンタクト電極61用の金属膜が、例えば900℃以上1100℃以下の温度で5分間程度保持される。これにより、コンタクト電極61用の金属膜の少なくとも一部が、炭化珪素基板10が含む珪素と反応してシリサイド化する。これにより、ソース領域13及びコンタクト領域18とオーミック接合するコンタクト電極61が形成される。コンタクト電極61が、チタンと、アルミニウムと、シリコンとを含む材料から構成されてもよい。
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、図9に示されるように、ソース配線62を形成する。具体的には、コンタクト電極61及び層間絶縁膜83を覆うソース配線62が形成される。ソース配線62の上面には、コンタクトホール90を反映した凹凸が形成される。ソース配線62は、例えばスパッタリング法により形成される。ソース配線62は、例えばアルミニウム又は銅を含む材料から構成される。ソース配線62がアルミニウム及び銅を含む材料から構成されてもよい。このようにして、コンタクト電極61とソース配線62とを有するソース電極60が形成される。
Next, as shown in FIG. 9,
次に、図10に示されるように、ソース電極60の上に、リン(P)を含むNiめっき膜63を形成する。Niめっき膜63は、例えば無電解めっき法により形成できる。ここで、Niめっき膜63の形成方法について詳細に説明する。図12は、Niめっき膜63の形成方法の第1例を示す断面図である。図13は、Niめっき膜63の形成方法の第2例を示す断面図である。
Next, as shown in FIG. 10, a
第1例では、図12に示されるように、第1P濃度の第1めっき液を用いて第1Niめっき膜101を形成し、その後、第1Niめっき膜101の上に、第1P濃度よりも低い第2P濃度の第2めっき液を用いて第2Niめっき膜102を形成する。好ましくは、第1Niめっき膜101は、第1Niめっき膜101の上面の全体がソース電極60の上面よりも上方となる厚さで形成する。
In the first example, as shown in FIG. 12, a first plating solution having a first P concentration is used to form a first
第1P濃度は、好ましくは12質量%以上であり、より好ましくは13質量%以上である。このような第1P濃度の第1めっき液を用いることで、優れた被覆性の第1Niめっき膜101を形成できる。つまり、ソース電極60の表面に存在する凹部内に第1Niめっき膜101を埋め込みつつ、第1Niめっき膜101の上面に優れた平坦性が得られる。第1P濃度は15質量%以下であってもよい。
The first P concentration is preferably 12% by mass or more, more preferably 13% by mass or more. By using the first plating solution having such a first P concentration, the first
第2P濃度は、好ましくは4質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下である。このような第2P濃度の第2めっき液を用いることで、NiをPdで置換しやすく、Niめっき膜63の上に密着性が良好なPdめっき膜64を形成しやい。第2P濃度は2質量%以上であってもよい。
The second P concentration is preferably 4% by mass or less, more preferably 3% by mass or less. By using the second plating solution having such a second P concentration, it is easy to replace Ni with Pd, and it is easy to form the
第2例では、図13に示されるように、第1Niめっき膜101の形成後で、第2Niめっき膜102の形成前に、第1Niめっき膜101の上に、第3P濃度の第3めっき液を用いて第3Niめっき膜103を形成する。そして、第3Niめっき膜103の上に第2Niめっき膜102を形成する。第3P濃度は、第1P濃度よりも低く、かつ第2P濃度よりも高い。好ましくは、第1Niめっき膜101は、第1Niめっき膜101の上面の全体がソース電極60の上面よりも上方となる厚さで形成する。第3Niめっき膜103を形成することで、Niめっき膜63内での急激なP濃度の変化を抑制できる。
In the second example, as shown in FIG. 13, after forming the first
第2例においても、第1P濃度は、好ましくは12質量%以上であり、より好ましくは13質量%以上であり、15質量%以下であってもよい。また、第2P濃度は、好ましくは4質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下であり、2質量%以上であってもよい。 Also in the second example, the first P concentration is preferably 12% by mass or more, more preferably 13% by mass or more, and may be 15% by mass or less. Also, the second P concentration is preferably 4% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and may be 2% by mass or more.
第3P濃度は、好ましくは4質量%より高く、12質量%より低く、より好ましくは6質量%より高く、10質量%より低い。このような第3P濃度の第3めっき液を用いることで、第1Niめっき膜101と第2Niめっき膜102との間に優れた密着性を確保し、Niめっき膜63内での剥離を抑制しやすい。
The tertiary P concentration is preferably higher than 4 wt% and lower than 12 wt%, more preferably higher than 6 wt% and lower than 10 wt%. By using the third plating solution having such a 3P concentration, excellent adhesion is ensured between the first
Niめっき膜63の形成後、図11に示すように、Niめっき膜63の上にPdめっき膜64を形成し、Pdめっき膜64の上にAuめっき膜65を形成する。Pdめっき膜64及びAuめっき膜65は、例えば無電解めっき法により形成できる。また、第2主面2において炭化珪素単結晶基板50に接するドレイン電極70を形成する。
After forming the
このようにして、電界効果トランジスタを含む炭化珪素半導体装置100を製造できる。
Thus, silicon
実施形態に係る炭化珪素半導体装置100では、Niめっき膜63が第1Niめっき膜101に相当する部分を含むため、ソース電極60の上面に急峻な凹凸が形成されていても、Niめっき膜63の上面に優れた平坦性が得られる。従って、Pdめっき膜64の上面にも優れた平坦性が得られる。
In silicon
Auめっき膜65の形成の際に、めっき液がPdめっき膜64を透過してNiめっき膜63に到達することがある。特に、Pdめっき膜64の上面に凹凸が存在する場合、めっき液がPdめっき膜64の凹部を透過してNiめっき膜63に到達しやすい。Auめっき膜65用のめっき液がNiめっき膜63に到達すると、Niめっき膜63に亀裂が発生してしまう。これに対し、本実施形態では、Niめっき膜63の上面に優れた平坦性が得られ、Pdめっき膜64の上面にも優れた平坦性が得られる。このため、Auめっき膜65の形成に用いられるめっき液のPdめっき膜64の透過を抑制し、Niめっき膜63における亀裂の発生を抑制できる。
When the
例えば、ソース電極60の上面に高低差D1が0.8μm以上1.5μm以下の凹凸があっても、Niめっき膜63が良好な被覆性を有するため、亀裂の発生を抑制できる。
For example, even if the upper surface of the
Niめっき膜63を第1例により形成する場合、コンタクトホール90の深さ及び径にもよるが、例えば、第1Niめっき膜101の厚さは、好ましくは1.5μm以上3.5μm以下であり、より好ましくは1.7μm以上3.3μm以下である。第2Niめっき膜102の厚さは、好ましくは1.0μm以上3.0μm以下であり、より好ましくは1.2μm以上2.8μm以下である。この場合、Niめっき膜63における亀裂の発生を特に抑制しやすい。
When the
Niめっき膜63を第2例により形成する場合、コンタクトホール90の深さ及び径にもよるが、例えば、第1Niめっき膜101の厚さは、好ましくは1.5μm以上2.5μm以下であり、より好ましくは1.7μm以上2.3μm以下である。第3Niめっき膜103の厚さは、好ましくは1.0μm以上2.0μm以下であり、より好ましくは1.2μm以上1.8μm以下である。第2Niめっき膜102の厚さは、好ましくは1.0μm以上2.0μm以下であり、より好ましくは1.2μm以上1.8μm以下である。この場合、Niめっき膜63における亀裂の発生を特に抑制しやすい。
When the
なお、Niめっき膜63において、第1例では、第1Niめっき膜101と第2Niめっき膜102との境界が明確でなくてもよい。同様に、第2例では、第1Niめっき膜101と第3Niめっき膜103との境界が明確でなくてもよく、第3Niめっき膜103と第2Niめっき膜102との境界が明確でなくてもよい。
In the
また、Niめっき膜63の形成の際に、成膜初期から成膜後期にかけてめっき液のP濃度を連続的に低下させてもよい。例えば、成膜初期においては、P濃度を、好ましくは12質量%以上、より好ましくは13質量%以上とし、成膜後期においては、P濃度を、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下としてもよい。
Further, when forming the
このようにして製造される炭化珪素半導体装置100では、第1面63Aにおける第1P濃度が第2面63Bにおける第2P濃度よりも高くなる。例えば、第1P濃度は、好ましくは12質量%以上となり、より好ましくは13質量%以上となり、15質量%以下であってもよい。また、第2P濃度は、好ましくは4質量%以下となり、より好ましくは3質量%以下となり、2質量%以上であってもよい。この場合、Niめっき膜63に特に良好な被覆性が得られ、かつ、Pdめっき膜64との間に特に良好な密着性が得られる。
In silicon
また、第1点91と交点92との中心に位置する中心点93における第3P濃度が、第1P濃度よりも低く、かつ第2P濃度よりも高くなることがある。この場合、Niめっき膜63内での急激なP濃度の変化が抑制される。特に、第3P濃度が、4質量%よりも高く、12質量%よりも低い場合、Niめっき膜63内での急激なP濃度の変化を抑制しやすい。
Also, the third P density at the
第1点91と中心点93との間の平均結晶粒径が、交点92と中心点93との間の平均結晶粒径よりも小さくてもよい。上記の第1めっき液及び第2めっき液を用いた場合、並びに、上記の第1めっき液、第2めっき液及び第3めっき液を用いた場合、第1点91と中心点93との間の平均結晶粒径が、交点92と中心点93との間の平均結晶粒径より小さくなることがある。
The average grain size between
ソース電極60は、アルミニウム又は銅を含んでいることが好ましい。ソース電極60の抵抗を低減しやすいためである。ソース電極60がアルミニウム及び銅を含有していてもよい。ソース電極60が、更にシリコンを含有していてもよい。
以上、実施形態について詳述したが、特定の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された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes are possible within the scope described in the claims.
1 第1主面
2 第2主面
3 側面
4 底面
5 ゲートトレンチ
10 炭化珪素基板
11 ドリフト領域
12 ボディ領域
13 ソース領域
18 コンタクト領域
40 炭化珪素エピタキシャル層
50 炭化珪素単結晶基板
60 ソース電極
61 コンタクト電極
62 ソース配線
63 Niめっき膜
63A 第1面
63B 第2面
64 Pdめっき膜
65 Auめっき膜
70 ドレイン電極
81 ゲート絶縁膜
82 ゲート電極
83 層間絶縁膜
90 コンタクトホール
91 第1点
92 交点
93 中心点
100 炭化珪素半導体装置
101 第1Niめっき膜
102 第2Niめっき膜
103 第3Niめっき膜
L1 仮想直線
1 first
Claims (12)
前記電極の上に形成され、Pを含むNiめっき膜と、
前記Niめっき膜の上に形成されたPdめっき膜と、
前記Pdめっき膜の上に形成されたAuめっき膜と、
を有し、
前記Niめっき膜の前記電極との第1界面における第1P濃度は、前記Niめっき膜の前記Pdめっき膜との第2界面における第2P濃度よりも高い炭化珪素半導体装置。 an electrode formed on the first main surface of the silicon carbide substrate;
a Ni plating film formed on the electrode and containing P;
a Pd plating film formed on the Ni plating film;
an Au plating film formed on the Pd plating film;
has
A silicon carbide semiconductor device in which a first P concentration at a first interface of the Ni plating film with the electrode is higher than a second P concentration at a second interface of the Ni plating film with the Pd plating film.
前記第2P濃度は4質量%以下である請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The first P concentration is 12% by mass or more,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein said second P concentration is 4% by mass or less.
前記電極は、前記絶縁膜の上に形成され、前記コンタクトホールを通じて前記炭化珪素基板に接続され、
前記電極の上面には、高低差が0.8μm以上1.5μmの凹凸がある請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 an insulating film formed on the silicon carbide substrate and having a contact hole formed thereon;
the electrode is formed on the insulating film and connected to the silicon carbide substrate through the contact hole;
3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of said electrode has unevenness with a height difference of 0.8 μm or more and 1.5 μm.
前記電極の上に、Pを含むNiめっき膜を形成する工程と、
前記Niめっき膜の上にPdめっき膜を形成する工程と、
前記Pdめっき膜の上にAuめっき膜を形成する工程と、
を有し、
前記Niめっき膜を形成する工程は、
第1P濃度の第1めっき液を用いて第1Niめっき膜を形成する工程と、
前記第1Niめっき膜の上に、前記第1P濃度よりも低い第2P濃度の第2めっき液を用いて第2Niめっき膜を形成する工程と、
を有する炭化珪素半導体装置の製造方法。 forming an electrode on the first main surface of the silicon carbide substrate;
forming a Ni plating film containing P on the electrode;
forming a Pd plating film on the Ni plating film;
forming an Au plating film on the Pd plating film;
has
The step of forming the Ni plating film includes
forming a first Ni plating film using a first plating solution having a first P concentration;
forming a second Ni-plated film on the first Ni-plated film using a second plating solution having a second P concentration lower than the first P concentration;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having
前記第2P濃度は4質量%以下である請求項8に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The first P concentration is 12% by mass or more,
9. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 8, wherein said second P concentration is 4% by mass or less.
前記第2Niめっき膜は前記第3Niめっき膜の上に形成される請求項8または請求項9に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 Between the step of forming the first Ni plating film and the step of forming the second Ni plating, a third P concentration lower than the first P concentration and higher than the second P concentration is formed on the first Ni plating film. forming a third Ni plating film using a third plating solution with a concentration of
10. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 8, wherein said second Ni plating film is formed on said third Ni plating film.
前記第2Niめっき膜の厚さは1.0μm以上2.0μm以下であり、
前記第3Niめっき膜の厚さは1.0μm以上2.0μm以下である請求項10または請求項11に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The first Ni plating film has a thickness of 1.5 μm or more and 2.5 μm or less,
The second Ni plating film has a thickness of 1.0 μm or more and 2.0 μm or less,
12. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 10, wherein said third Ni plating film has a thickness of 1.0 [mu]m or more and 2.0 [mu]m or less.
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