JP5745974B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に、炭化珪素を用いた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 semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device using silicon carbide and a manufacturing method thereof.

炭化珪素(SiC)半導体を用いた半導体装置は、シリコン(Si)半導体で形成したものと比較して、高電圧、大電流、高温動作に優れている。したがって、炭化珪素半導体を用いた半導体装置は、次世代の電力用半導体装置として開発が進められている。   A semiconductor device using a silicon carbide (SiC) semiconductor is superior in high voltage, large current, and high temperature operation as compared with a semiconductor device formed using a silicon (Si) semiconductor. Accordingly, semiconductor devices using silicon carbide semiconductors are being developed as next-generation power semiconductor devices.

大電流下での動作を実現するための、電力用縦型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)は、多数のMOSFETの単位セル(ユニットセル)を並列に接続した素子構造から構成されている。   2. Description of the Related Art A power vertical MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) for realizing an operation under a large current has an element structure in which a large number of MOSFET unit cells (unit cells) are connected in parallel.

従来の半導体装置では、ソース領域およびp+コンタクト領域と、外部出力ソース電極とのコンタクトを取るため、それら領域の上に第1コンタクトホール(ソースコンタクトホール)が形成される。   In the conventional semiconductor device, in order to make contact with the source region and the p + contact region and the external output source electrode, a first contact hole (source contact hole) is formed on these regions.

また、第1コンタクトホール内において、ソース領域およびコンタクト領域と、外部出力ソース電極との間には、オーミックコンタクトを取るための金属シリサイド膜が形成される。また、多結晶(ポリ)シリコン膜からなるゲート電極と、外部出力ゲート電極とのコンタクトを取るため、ゲート電極の上に第2コンタクトホール(ゲートコンタクトホール)が形成される。   In the first contact hole, a metal silicide film for forming an ohmic contact is formed between the source region and the contact region and the external output source electrode. A second contact hole (gate contact hole) is formed on the gate electrode in order to make contact between the gate electrode made of the polycrystalline (poly) silicon film and the external output gate electrode.

オン抵抗を低減した大電力の半導体装置を実現するためには、炭化珪素(SiC)からなるソース領域およびp+コンタクト領域と、外部出力ソース電極との間のコンタクト抵抗を、オーミックコンタクトを得るなどして充分下げることが重要である。   To realize a high-power semiconductor device with reduced on-resistance, contact resistance between the source region and p + contact region made of silicon carbide (SiC) and the external output source electrode is obtained by ohmic contact. It is important to lower it enough.

当然のことながら、第2コンタクトホール(ゲートコンタクトホール)のゲート電極と外部出力ゲート電極との間のコンタクト抵抗も充分下げる必要がある。   Naturally, it is necessary to sufficiently reduce the contact resistance between the gate electrode of the second contact hole (gate contact hole) and the external output gate electrode.

従来、炭化珪素に対するオーミックコンタクトを得るために、金属膜を成膜した後、アニール処理によって上述の金属シリサイド膜を形成する。金属膜には例えばニッケル(Ni)膜が用いられ、金属シリサイド膜には例えばNiSi膜が用いられる。   Conventionally, in order to obtain ohmic contact with silicon carbide, after forming a metal film, the above-described metal silicide film is formed by annealing. For example, a nickel (Ni) film is used as the metal film, and for example, a NiSi film is used as the metal silicide film.

金属シリサイド膜を用いて、抵抗の低いオーミックコンタクトを得るためには、1000℃程度の高温アニール処理が必要である。半導体装置のコンタクトを形成する従来の製造方法では、まず、写真製版技術で第1コンタクトホール(ソースコンタクトホール)の部分にレジストの開口部を作成する。そして、レジストをマスクとして、酸化膜と反応するガスプラズマを生成する反応性プラズマイオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)装置により、シリコン酸化膜等からなる層間酸化膜をエッチングする。このRIEエッチングにより、その層間酸化膜およびゲート酸化膜を開口する第1コンタクトホールを形成する。   In order to obtain an ohmic contact having a low resistance using a metal silicide film, a high temperature annealing process of about 1000 ° C. is required. In a conventional manufacturing method for forming a contact of a semiconductor device, first, a resist opening is formed in a portion of a first contact hole (source contact hole) by photolithography. Then, using a resist as a mask, an interlayer oxide film made of a silicon oxide film or the like is etched by a reactive plasma ion etching (RIE) apparatus that generates gas plasma that reacts with the oxide film. By this RIE etching, a first contact hole that opens the interlayer oxide film and the gate oxide film is formed.

そして、第1コンタクトホール(ソースコンタクトホール)の中に金属膜、例えば、ニッケル(Ni)膜を形成した後、1000℃程度の高温アニール処理で、NiSi膜などの金属シリサイド膜を形成する。   Then, after forming a metal film such as a nickel (Ni) film in the first contact hole (source contact hole), a metal silicide film such as a NiSi film is formed by high-temperature annealing at about 1000 ° C.

その後、第1コンタクトホールの形成手法と同様の手法で、第2コンタクトホール(ゲートコンタクトホール)を形成する。   Thereafter, a second contact hole (gate contact hole) is formed by a method similar to the method for forming the first contact hole.

そして、第1、第2コンタクトホールの中に金属膜、例えばアルミニウム(Al)膜を成膜し、そのアルミニウム(Al)膜をエッチングによるパターン加工することにより、外部出力ソース電極と、外部出力ゲート電極とを形成する。   Then, by forming a metal film, for example, an aluminum (Al) film in the first and second contact holes, and patterning the aluminum (Al) film by etching, an external output source electrode and an external output gate are formed. And an electrode.

ここで、第1、2コンタクトホールを別々に形成する理由について説明する。   Here, the reason why the first and second contact holes are formed separately will be described.

仮に、第1、第2コンタクトホールを同時に形成したとすると、金属シリサイド膜を形成するためのニッケル(Ni)膜を第1コンタクトホール内に成膜する際、そのニッケル(Ni)膜が第2コンタクトホール内にも成膜されてしまう。   If the first and second contact holes are formed at the same time, the nickel (Ni) film for forming the metal silicide film is formed in the first contact hole. A film is also formed in the contact hole.

この状態で1000℃の高温アニール処理がなされると、ニッケル(Ni)が、第2コンタクトホール(ゲートコンタクトホール)下のゲート電極中に拡散し、さらにその下の絶縁膜中まで達する。その結果、基板へのリークや耐圧の低下などの不良が発生する不具合がある。特に、シリコン(Si)とニッケル(Ni)は反応しやすいので、1000℃の高温アニール処理を行うと表面形状が凹凸となり、ニッケル(Ni)が拡散することになる。   When a high temperature annealing process at 1000 ° C. is performed in this state, nickel (Ni) diffuses into the gate electrode below the second contact hole (gate contact hole) and further reaches the insulating film below it. As a result, there is a problem that defects such as leakage to the substrate and a decrease in breakdown voltage occur. In particular, since silicon (Si) and nickel (Ni) are likely to react, when a high temperature annealing process at 1000 ° C. is performed, the surface shape becomes uneven and nickel (Ni) diffuses.

以上のような不具合がある一方、炭化珪素(SiC)に対して、低抵抗のオーミックコンタクトを得るためには、1000℃の高温アニール処理が必要である。そのため、従来の製造方法では、上述のように、第1、第2コンタクトホールを別々に形成して、炭化珪素(SiC)上だけにNiSi膜(金属シリサイド膜)を形成していた。   On the other hand, in order to obtain a low-resistance ohmic contact with silicon carbide (SiC), a high-temperature annealing process at 1000 ° C. is necessary. Therefore, in the conventional manufacturing method, as described above, the first and second contact holes are separately formed, and the NiSi film (metal silicide film) is formed only on the silicon carbide (SiC).

しかしながら、従来の製造方法のように、第1、第2コンタクトホールを別々に形成するためには、写真製版プロセスおよび酸化膜のRIEエッチングプロセスを2回行う必要がある。つまり、従来の製造方法の場合には製造工程が煩雑となり、製造プロセスに長時間を要するという問題があった。   However, in order to form the first and second contact holes separately as in the conventional manufacturing method, it is necessary to perform the photoengraving process and the oxide film RIE etching process twice. That is, in the case of the conventional manufacturing method, the manufacturing process becomes complicated and there is a problem that the manufacturing process takes a long time.

一方、工程を減らすために第1、第2コンタクトホールを同時に形成すると、上述のようなニッケル(Ni)等の金属がゲート電極中に拡散するという問題があった。   On the other hand, if the first and second contact holes are formed at the same time in order to reduce the number of processes, there is a problem that the metal such as nickel (Ni) as described above diffuses into the gate electrode.

さらに従来の炭化珪素半導体装置では、ゲート電極としてリン(P)が大量にドープされた多結晶シリコン膜(ドープトポリシリコン膜と称する)が使用されていた。ところが、このドープトポリシリコン膜の抵抗は金属膜よりも高く、電力用縦型MOSFETのスイッチング速度を向上させると、そのスイッチング損失が増大するという問題があった。   Furthermore, in a conventional silicon carbide semiconductor device, a polycrystalline silicon film (referred to as a doped polysilicon film) doped with a large amount of phosphorus (P) has been used as a gate electrode. However, the resistance of the doped polysilicon film is higher than that of the metal film, and there is a problem that the switching loss increases when the switching speed of the power vertical MOSFET is improved.

上記問題を解決する先行技術として、特許文献1に係る技術が存在する。   As a prior art for solving the above problem, there is a technique according to Patent Document 1.

当該特許文献1に係る技術では、ゲート電極を、ドープトポリシリコン膜と金属シリサイド膜との積層構造とすることにより、ゲート電極の抵抗を下げている。また、この金属シリサイド膜と層間絶縁膜とのエッチングレートの比、すなわち選択比(層間絶縁膜のエッチングレート/金属シリサイド膜のエッチングレート)が大きいことを利用して、ソース領域上とゲート電極上とで異なる膜厚の絶縁膜に、同時にコンタクトホールを形成している。   In the technique according to Patent Document 1, the gate electrode has a stacked structure of a doped polysilicon film and a metal silicide film, thereby reducing the resistance of the gate electrode. Further, by utilizing the fact that the ratio of the etching rate between the metal silicide film and the interlayer insulating film, that is, the selectivity (interlayer insulating film etching rate / metal silicide film etching rate) is large, the source region and the gate electrode are formed. The contact holes are simultaneously formed in the insulating films having different thicknesses.

その後、ニッケル(Ni)膜を成膜して800〜1100℃の高温アニール処理を行い、炭化珪素(SiC)上にNiSi膜を形成する。このとき、第2コンタクトホール内のゲート電極上にはNiSi膜が形成される。そして、第1、第2コンタクトホールを形成するのに必要なRIEエッチングは、1回だけである。   Thereafter, a nickel (Ni) film is formed and subjected to high temperature annealing at 800 to 1100 ° C. to form a NiSi film on the silicon carbide (SiC). At this time, a NiSi film is formed on the gate electrode in the second contact hole. The RIE etching necessary for forming the first and second contact holes is only once.

したがって、特許文献1に係る技術では、第1、第2コンタクトホールを別々に形成する方法よりも、製造コストを抑制することができ、ゲート電極を低抵抗化することができる。   Therefore, in the technique according to Patent Document 1, the manufacturing cost can be suppressed and the resistance of the gate electrode can be reduced as compared with the method of separately forming the first and second contact holes.

国際公開第2009/19837号International Publication No. 2009/19837

特許文献1に関わる半導体装置は、ゲート電極の金属シリサイド膜を以下のように形成していた。   In the semiconductor device related to Patent Document 1, the metal silicide film of the gate electrode is formed as follows.

すなわち、ドープトポリシリコンを堆積した後、写真製版工程でパターニングし、そのドープトポリシリコン膜の上にチタン(Ti)を堆積し、800℃以下の低温アニール工程でチタン(Ti)とドープトポリシリコン膜とを反応させて、TiSi2膜を形成していた。 That is, after doped polysilicon is patterned in the photolithography process, titanium (Ti) is deposited on the doped polysilicon film, and doped with titanium (Ti) in a low temperature annealing process at 800 ° C. or lower. The TiSi 2 film was formed by reacting with the polysilicon film.

この際、ゲート電極のドープトポリシリコン膜の側壁にTiSi2膜が形成されることで、ゲート長が長くなるのを防ぐため、ゲート電極の側壁を絶縁膜で覆うことによって、ゲート電極のドープトポリシリコン膜の側壁を保護している。 At this time, the TiSi 2 film is formed on the side wall of the doped polysilicon film of the gate electrode, so that the gate length is prevented from becoming long, so that the gate electrode is doped by covering the side wall of the gate electrode with an insulating film. The side wall of the polysilicon film is protected.

ここで、第2コンタクトホール(ゲートコンタクトホール)においては、TiSi2膜と外部出力ゲート電極(Al)との界面にNiSi膜が存在する。NiSi膜は、アルミニウム(Al)等の金属膜に比べ比抵抗が大きいので、ゲートコンタクト抵抗が増大する等の問題があった。 Here, in the second contact hole (gate contact hole), the NiSi film exists at the interface between the TiSi 2 film and the external output gate electrode (Al). Since the NiSi film has a larger specific resistance than a metal film such as aluminum (Al), there is a problem that the gate contact resistance is increased.

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、製造コストを低減し、さらにゲート電極およびゲートコンタクトの抵抗を低減した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。   The present invention has been made to solve these problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device in which the manufacturing cost is reduced and the resistance of the gate electrode and the gate contact is reduced.

本発明にかかる半導体装置は、炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成された、炭化珪素半導体からなる第1導電型のドリフト層と、前記ドリフト層表層に選択的に複数形成された第2導電型のウェル領域と、各前記ウェル領域表層に選択的に形成された第1導電型のソース領域とを備え、前記ウェル領域が配置されたセル配置領域を平面視上囲む領域を、周辺領域とし、前記セル配置領域においては、各前記ウェル領域に挟まれて第1絶縁膜を介して前記ドリフト層上に形成され、前記周辺領域においては、第2絶縁膜を介して前記ドリフト層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を選択的に覆って形成された層間絶縁膜と、前記セル配置領域において前記層間絶縁膜を覆って形成され、第1金属シリサイド膜を介して前記ソース領域と接続された、外部出力ソース電極と、前記周辺領域において前記層間絶縁膜を覆って形成され、前記ゲート電極に接続された外部出力ゲート電極とをさらに備え、前記ゲート電極の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜からなり、前記第1金属シリサイド膜に含まれる第1金属とシリコンとの結合エネルギーが、前記第2金属シリサイド膜に含まれる第2金属とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、前記第2金属シリサイド膜の組成MSix(Mは前記第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention, a silicon carbide semiconductor substrate, formed in said silicon carbide semiconductor substrate, a first conductivity type drift layer made of silicon carbide semiconductor, selectively formed in a plurality of numbers in the drift layer surface A region that surrounds the cell placement region in which the well region is disposed in plan view, and a second conductivity type well region and a first conductivity type source region that is selectively formed on each well region surface layer. The peripheral region is formed on the drift layer via the first insulating film sandwiched between the well regions, and the drift region via the second insulating film is formed in the peripheral region. A gate electrode formed on the layer; an interlayer insulating film formed selectively covering the gate electrode; and a first metal silicide film formed over the interlayer insulating film in the cell arrangement region. An external output source electrode connected to the source region; and an external output gate electrode formed to cover the interlayer insulating film in the peripheral region and connected to the gate electrode. At least the upper layer is made of a second metal silicide film, and the bond energy between the first metal contained in the first metal silicide film and silicon is the bond between the second metal contained in the second metal silicide film and silicon. It is smaller than energy, and x is 1.5 or more and less than 2.0 in the composition MSix (M represents the second metal) of the second metal silicide film.

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、(a)炭化珪素半導体基板上に、炭化珪素半導体からなる第1の導電型のドリフト層を形成する工程と、(b)前記ドリフト層表層に、第2導電型のウェル領域を選択的に複数形成する工程と、(c)前記ウェル領域表層に、第1導電型のソース領域を選択的に形成する工程と、(d)前記ウェル領域が配置されたセル配置領域を平面視上囲む領域を、周辺領域とし、前記セル配置領域においては、前記ドリフト層上に、各前記ウェル領域に挟まれたゲート電極を第1絶縁膜を介して形成し、前記周辺領域においては、前記ドリフト層上に、前記ゲート電極を第2絶縁膜を介して形成する工程と、(e)前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、(f)前記ソース領域および前記ゲート電極と接続されるコンタクトホールをそれぞれ同時に形成する工程と、(g)各前記コンタクトホールにおいて第1金属を形成し、当該第1金属を熱処理することにより、前記ソース領域上において第1金属シリサイド膜を形成する工程と、(h)前記セル配置領域において前記層間絶縁膜を覆い、前記第1金属シリサイド膜を介して前記ソース領域と接続されたソース電極と、前記周辺領域において前記層間絶縁膜を覆い、前記ゲート電極に接続された外部出力ゲート電極とを形成する工程とを備え、前記ゲート電極の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜からなり、前記第1金属シリサイド膜に含まれる前記第1金属とシリコンとの結合エネルギーが、前記第2金属シリサイド膜に含まれる第2金属とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、前記第2金属シリサイド膜の組成MSix(Mは前記第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of forming a drift layer of a first conductivity type made of a silicon carbide semiconductor on a silicon carbide semiconductor substrate; and (b) a step of forming a drift layer on the surface of the drift layer. A step of selectively forming a plurality of two conductivity type well regions; (c) a step of selectively forming a first conductivity type source region on the surface of the well region; and (d) the well region being disposed. A region surrounding the cell placement region in plan view is a peripheral region, and in the cell placement region, a gate electrode sandwiched between the well regions is formed on the drift layer via a first insulating film, In the peripheral region, a step of forming the gate electrode on the drift layer via a second insulating film, (e) a step of forming an interlayer insulating film covering the gate electrode, and (f) the source Region and said gate power And (g) forming a first metal in each contact hole and heat-treating the first metal, thereby forming a first metal silicide film on the source region. And (h) covering the interlayer insulating film in the cell arrangement region, covering a source electrode connected to the source region through the first metal silicide film, and covering the interlayer insulating film in the peripheral region. Forming an external output gate electrode connected to the gate electrode, wherein at least an upper layer of the gate electrode is made of a second metal silicide film, and the first metal silicide film includes the first metal silicide film. The bond energy between silicon and silicon is the bond energy between silicon and the second metal contained in the second metal silicide film. Is small, the composition MSix of the second metal silicide film (M represents the second metal), wherein the x is less than 2.0 1.5 or more.

本発明にかかる半導体装置によれば、炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成された、炭化珪素半導体からなる第1導電型のドリフト層と、前記ドリフト層表層に選択的に複数形成された第2導電型のウェル領域と、各前記ウェル領域表層に選択的に形成された第1導電型のソース領域とを備え、前記ウェル領域が配置されたセル配置領域を平面視上囲む領域を、周辺領域とし、前記セル配置領域においては、各前記ウェル領域に挟まれて第1絶縁膜を介して前記ドリフト層上に形成され、前記周辺領域においては、第2絶縁膜を介して前記ドリフト層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を選択的に覆って形成された層間絶縁膜と、前記セル配置領域において前記層間絶縁膜を覆って形成され、第1金属シリサイド膜を介して前記ソース領域と接続された、外部出力ソース電極と、前記周辺領域において前記層間絶縁膜を覆って形成され、前記ゲート電極に接続された外部出力ゲート電極とをさらに備え、前記ゲート電極の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜からなり、前記第1金属シリサイド膜に含まれる第1金属とシリコンとの結合エネルギーが、前記第2金属シリサイド膜に含まれる第2金属とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、前記第2金属シリサイド膜の組成MSix(Mは前記第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることにより、製造コストを低減し、さらにゲート電極およびゲートコンタクトの抵抗を低減することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, a silicon carbide semiconductor substrate, a first conductivity type drift layer made of a silicon carbide semiconductor formed on the silicon carbide semiconductor substrate, and a plurality of selectively on the drift layer surface layer. A well region of the second conductivity type formed and a source region of the first conductivity type selectively formed on each surface layer of the well region, and surrounding the cell placement region in which the well region is disposed in plan view A region is defined as a peripheral region, and in the cell arrangement region, the region is formed on the drift layer via a first insulating film sandwiched between the well regions, and in the peripheral region, a second insulating film is interposed. A gate electrode formed on the drift layer; an interlayer insulating film formed so as to selectively cover the gate electrode; and a first metal silicide layer formed over the interlayer insulating film in the cell arrangement region. An external output source electrode connected to the source region through a film; and an external output gate electrode formed to cover the interlayer insulating film in the peripheral region and connected to the gate electrode. At least the upper layer of the electrode is made of a second metal silicide film, and the bond energy between the first metal contained in the first metal silicide film and silicon is silicon with the second metal contained in the second metal silicide film. In the composition MSix (M represents the second metal) of the second metal silicide film, x is 1.5 or more and less than 2.0, thereby reducing the manufacturing cost. The resistance of the gate electrode and the gate contact can be reduced.

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、(a)炭化珪素半導体基板上に、炭化珪素半導体からなる第1の導電型のドリフト層を形成する工程と、(b)前記ドリフト層表層に、第2導電型のウェル領域を選択的に複数形成する工程と、(c)前記ウェル領域表層に、第1導電型のソース領域を選択的に形成する工程と、(d)前記ウェル領域が配置されたセル配置領域を平面視上囲む領域を、周辺領域とし、前記セル配置領域においては、前記ドリフト層上に、各前記ウェル領域に挟まれたゲート電極を第1絶縁膜を介して形成し、前記周辺領域においては、前記ドリフト層上に、前記ゲート電極を第2絶縁膜を介して形成する工程と、(e)前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、(f)前記ソース領域および前記ゲート電極と接続されるコンタクトホールをそれぞれ同時に形成する工程と、(g)各前記コンタクトホールにおいて第1金属を形成し、当該第1金属を熱処理することにより、前記ソース領域上において第1金属シリサイド膜を形成する工程と、(h)前記セル配置領域において前記層間絶縁膜を覆い、前記第1金属シリサイド膜を介して前記ソース領域と接続されたソース電極と、前記周辺領域において前記層間絶縁膜を覆い、前記ゲート電極に接続された外部出力ゲート電極とを形成する工程とを備え、前記ゲート電極の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜からなり、前記第1金属シリサイド膜に含まれる前記第1金属とシリコンとの結合エネルギーが、前記第2金属シリサイド膜に含まれる第2金属とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、前記第2金属シリサイド膜の組成MSix(Mは前記第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることにより、製造コストを低減し、さらにゲート電極およびゲートコンタクトの抵抗を低減することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, (a) a step of forming a drift layer of a first conductivity type made of a silicon carbide semiconductor on a silicon carbide semiconductor substrate; and (b) a surface layer of the drift layer. A step of selectively forming a plurality of second conductivity type well regions; (c) a step of selectively forming a first conductivity type source region on the surface of the well region; and (d) the well region comprising: A region surrounding the arranged cell arrangement region in plan view is defined as a peripheral region, and in the cell arrangement region, a gate electrode sandwiched between the well regions is formed on the drift layer via a first insulating film. And, in the peripheral region, a step of forming the gate electrode on the drift layer via a second insulating film, (e) a step of forming an interlayer insulating film covering the gate electrode, and (f) The source region and the gate And (g) forming a first metal in each contact hole and heat-treating the first metal to form a first metal silicide on the source region. Forming a film; and (h) a source electrode that covers the interlayer insulating film in the cell arrangement region and is connected to the source region through the first metal silicide film; and the interlayer insulating film in the peripheral region And forming an external output gate electrode connected to the gate electrode, wherein at least an upper layer of the gate electrode is made of a second metal silicide film, and is included in the first metal silicide film. The bond energy between one metal and silicon is a bond energy between silicon and the second metal contained in the second metal silicide film. Is smaller than −, and in the composition MSix (M represents the second metal) of the second metal silicide film, x is 1.5 or more and less than 2.0. In addition, the resistance of the gate contact can be reduced.

実施の形態1における炭化珪素半導体装置の上面図である。3 is a top view of the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置のチップ内部の上面図である。3 is a top view of the inside of the chip of the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の、素子端面における断面図である。1 is a cross sectional view of an element end surface of a silicon carbide semiconductor device in a first embodiment. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。5 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における炭化珪素半導体装置の変形例の素子端面における断面図である。FIG. 11 is a cross sectional view on an element end face of a modification of the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. 実施の形態2における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment. シリコン(Si)と金属の原子数の比に対応する金属シリサイド膜の比抵抗を表す関係図である。It is a relationship figure showing the specific resistance of a metal silicide film corresponding to the ratio of the number of atoms of silicon (Si) and a metal. 各種金属とシリコン(Si)との結合エネルギーを示す図である。It is a figure which shows the binding energy of various metals and silicon (Si).

以下の記載では、不純物の導電型に関して、n型を「第1導電型」、p型を「第2導電型」として一般的に定義するが、その逆の定義でも構わない。   In the following description, regarding the conductivity type of impurities, n-type is generally defined as “first conductivity type” and p-type is defined as “second conductivity type”, but the opposite definition may be used.

<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
図1は、本実施の形態1に係る半導体装置としての炭化珪素半導体装置、具体的には、セル構造からなるMOS構造を備えたスイッチング素子を有する炭化珪素MOSFETの、その上面構成を模式的に示した上面図である。以下の実施の形態では炭化珪素を備えた半導体装置について説明するが、炭化珪素を用いる場合に限られるものではない。
<A. Embodiment 1>
<A-1. Configuration>
FIG. 1 schematically shows a top surface configuration of a silicon carbide semiconductor device as a semiconductor device according to the first embodiment, specifically, a silicon carbide MOSFET having a switching element having a MOS structure having a cell structure. It is the top view shown. In the following embodiments, a semiconductor device including silicon carbide will be described, but the present invention is not limited to the case where silicon carbide is used.

炭化珪素半導体装置40の4つの側面の内の一側面(図面上方)の上端中央部には、外部の制御回路(図示せず)からゲート電圧が印加される外部出力ゲート電極15が形成されている。   An external output gate electrode 15 to which a gate voltage is applied from an external control circuit (not shown) is formed at the center of the upper end of one of the four side surfaces (upper drawing) of silicon carbide semiconductor device 40. Yes.

また、MOSFETの最小単位構造であるユニットセルが複数個並列配置されたセル配置領域20に、ユニットセルのソース電極を並列接続した外部出力ソース電極10が形成されている。   Further, an external output source electrode 10 in which the source electrodes of the unit cells are connected in parallel is formed in a cell arrangement region 20 in which a plurality of unit cells, which are the minimum unit structure of the MOSFET, are arranged in parallel.

そして、外部出力ソース電極10の周囲に、ゲート配線73が外部出力ゲート電極15と接続して形成されている。各ユニットセルのゲート電極(図示せず)には、外部出力ゲート電極15に印加されるゲート電圧が、外部出力ゲート電極15およびゲート配線73を通じて供給される。   A gate wiring 73 is formed around the external output source electrode 10 so as to be connected to the external output gate electrode 15. A gate voltage applied to the external output gate electrode 15 is supplied to the gate electrode (not shown) of each unit cell through the external output gate electrode 15 and the gate wiring 73.

なお、通常の製品では、温度センサーおよび電流センサー用の電極が半導体素子に形成されている場合が多いが、それらの電極の形成の有無は、後述する本素子の効果に何らの影響を及ぼすものではない。加えて、外部出力ゲート電極15の位置、個数、ゲート配線73の形状、および外部出力ソース電極10の形状、個数等もMOSFETによっては多種多様のケースが有り得るが、それらも、上記の電流センサー用電極等と同様に、後述する本装置の効果に何らの影響を及ぼすものではない。   In normal products, electrodes for temperature sensors and current sensors are often formed on semiconductor elements, but the presence or absence of these electrodes has any effect on the effect of the element described later. is not. In addition, the position and number of the external output gate electrodes 15, the shape of the gate wiring 73, and the shape and number of the external output source electrodes 10 may have various cases depending on the MOSFET. Similar to the electrodes and the like, it does not affect the effects of the device described later.

図2は、本実施の形態1に係る炭化珪素MOSFETの、炭化珪素内部の最表面近傍を模式的に示す上面図であり、図1のA−A’線近傍の上面図である。   2 is a top view schematically showing the vicinity of the outermost surface inside the silicon carbide of the silicon carbide MOSFET according to the first embodiment, and is a top view in the vicinity of the A-A ′ line in FIG. 1.

MOSFETの最小単位構造であるユニットセルが複数個並列配置されたセル配置領域20と、周辺領域21(外部出力ゲート電極領域)とから構成されている。   A cell arrangement region 20 in which a plurality of unit cells, which are the minimum unit structure of the MOSFET, are arranged in parallel, and a peripheral region 21 (external output gate electrode region).

ここで、セル配置領域20とは、複数のトランジスタセル(縦型MOSFETのユニットセル)がマトリクス状に配置されている領域である。ユニットセルは、p+コンタクト領域5を平面視上囲んでソース領域3、さらにはベース領域4が形成されており、ソースコンタクトホール12が、p+コンタクト領域5が形成された領域を囲むように形成されている。   Here, the cell arrangement region 20 is a region where a plurality of transistor cells (vertical MOSFET unit cells) are arranged in a matrix. In the unit cell, the source region 3 and further the base region 4 are formed surrounding the p + contact region 5 in plan view, and the source contact hole 12 is formed so as to surround the region where the p + contact region 5 is formed. ing.

これに対して、周辺領域21とは、トランジスタセルが形成されない領域である。ゲートコンタクトホール13が配置されて複数形成されている。   On the other hand, the peripheral region 21 is a region where a transistor cell is not formed. A plurality of gate contact holes 13 are arranged and formed.

ここで図2では、セル配置領域20において、上記トランジスタセルは図面左右上下に3×3だけ配置されている。しかしながら、当該配置に限定されるわけでなく、実際には、より多くのトランジスタセルが配置される。   In FIG. 2, in the cell arrangement region 20, the transistor cells are arranged by 3 × 3 on the left and right and up and down in the drawing. However, the arrangement is not limited to this, and more transistor cells are actually arranged.

図3は、図2のB−B’線上の断面図である。図2および3に示すように、炭化珪素MOSFETは、第1導電型の炭化珪素(SiC)半導体基板1と、炭化珪素(SiC)半導体基板1上に形成された第1導電型のドリフト層2と、ドリフト層2表層に選択的に形成された、第2導電型のウェル領域としてのベース領域4と、ベース領域4表層に選択的に形成された第1導電型のソース領域3と、ソース領域3に形成されたp+コンタクト領域5と、ドリフト層2上に選択的に形成された第1絶縁膜としてのゲート酸化膜6と、周辺領域21において、ドリフト層2上に形成された第2絶縁膜としての酸化膜14と、セル配置領域20においてはドリフト層2およびベース領域4に跨ってゲート酸化膜6上に形成され、また周辺領域21においては酸化膜14上に形成されたゲート電極7と、ベース領域4に囲まれたJFET(Junction Field Effect Transistor)領域16と、ゲート電極7を覆って形成された層間絶縁膜8と、セル配置領域20において層間絶縁膜8上に形成され、第1金属シリサイド膜としてのNiSi2膜18を介してp+コンタクト領域5及びソース領域3の一部と接続された外部出力ソース電極10と、周辺領域21において層間絶縁膜8上に形成され、ゲート電極7と接続された外部出力ゲート電極15と、炭化珪素(SiC)半導体基板1下面に形成されたドレイン電極9と、ドレイン電極9のさらに下面に形成された裏面接続電極11とを備える。 3 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the silicon carbide MOSFET includes a first conductivity type silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 and a first conductivity type drift layer 2 formed on the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1. A base region 4 as a second conductivity type well region selectively formed on the surface layer of the drift layer 2, a first conductivity type source region 3 selectively formed on the surface layer of the base region 4, and a source P + contact region 5 formed in region 3, gate oxide film 6 as a first insulating film selectively formed on drift layer 2, and second region formed on drift layer 2 in peripheral region 21. An oxide film 14 as an insulating film, a gate electrode formed on the gate oxide film 6 across the drift layer 2 and the base region 4 in the cell arrangement region 20, and formed on the oxide film 14 in the peripheral region 21. A junction field effect transistor (JFET) region 16 surrounded by the base region 4, an interlayer insulating film 8 formed so as to cover the gate electrode 7, and a cell placement region 20 formed on the interlayer insulating film 8; An external output source electrode 10 connected to a part of the p + contact region 5 and the source region 3 through a NiSi 2 film 18 as a single metal silicide film, and a gate electrode formed on the interlayer insulating film 8 in the peripheral region 21 7, an external output gate electrode 15 connected to 7, a drain electrode 9 formed on the lower surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1, and a back connection electrode 11 formed on the lower surface of the drain electrode 9.

ここで、外部出力ソース電極10とp+コンタクト領域5とが、NiSi2膜18を介して接続される領域をソースコンタクトホール12、外部出力ゲート電極15とゲート電極7とが接続される領域をゲートコンタクトホール13とする。なお、ゲート酸化膜6と酸化膜14とを含めた構成を、「絶縁膜」と称することとする。 Here, the region where the external output source electrode 10 and the p + contact region 5 are connected via the NiSi 2 film 18 is the source contact hole 12, and the region where the external output gate electrode 15 and the gate electrode 7 are connected is the gate. Contact hole 13 is used. A configuration including the gate oxide film 6 and the oxide film 14 is referred to as an “insulating film”.

炭化珪素(SiC)半導体基板1は、例えば、高濃度のn型(以下、単にn+と記す場合がある)の半導体基板である。炭化珪素(SiC)半導体基板1は、炭化珪素からなり、シリコンよりバンドギャップの広いバンドギャップを有する半導体基板である。なお、本実施の形態ではn型が第1導電型である。   The silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 is, for example, a high-concentration n-type (hereinafter sometimes simply referred to as n +) semiconductor substrate. Silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 is a semiconductor substrate made of silicon carbide and having a wider band gap than silicon. In the present embodiment, the n-type is the first conductivity type.

炭化珪素(SiC)半導体基板1上には、低濃度のn型(以下、単にn−と記す場合もある)の半導体層であるドリフト層2が形成されている。ドリフト層2は、炭化珪素(SiC)半導体基板1上に、たとえばエピタキシャル成長して形成される。   On silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1, drift layer 2, which is a low concentration n-type (hereinafter sometimes simply referred to as n−) semiconductor layer, is formed. Drift layer 2 is formed, for example, by epitaxial growth on silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1.

セル配置領域20に着目して、ドリフト層2の表面内の所定の領域には、n+型のソース領域3(電流出力領域)と、p型のベース領域4(ウェル領域)と、高濃度のp型(単にp+と記す場合がある)のp+コンタクト領域5とが各々形成されている。ここで、本実施の形態では、p型が第2導電型である。   Focusing on the cell arrangement region 20, predetermined regions in the surface of the drift layer 2 include an n + -type source region 3 (current output region), a p-type base region 4 (well region), and a high concentration. A p-type (sometimes simply referred to as p +) p + contact region 5 is formed. Here, in the present embodiment, the p-type is the second conductivity type.

p型のベース領域4は、ドリフト層2の表面内に選択的に形成されており、平面視においてソース領域3を囲繞している。ベース領域4の表面からの深さは、ソース領域3の表面からの深さよりも深く形成される。   The p-type base region 4 is selectively formed in the surface of the drift layer 2 and surrounds the source region 3 in plan view. The depth from the surface of the base region 4 is formed deeper than the depth from the surface of the source region 3.

n+型のソース領域3は、ベース領域4の表面内に選択的に形成されており、平面視においてp+コンタクト領域5を囲繞している。具体的に、平面視において、ソース領域3の中央に、p+コンタクト領域5が形成される。p+コンタクト領域5は、外部出力ソース電極10とp型のベース領域4との電気的なコンタクトを取るために設けられている。   The n + type source region 3 is selectively formed in the surface of the base region 4 and surrounds the p + contact region 5 in plan view. Specifically, p + contact region 5 is formed in the center of source region 3 in plan view. The p + contact region 5 is provided to make electrical contact between the external output source electrode 10 and the p-type base region 4.

セル配置領域20において、ドリフト層2の上には、ゲート酸化膜6が選択的に形成されている。また、周辺領域21において、ドリフト層2の上には、ゲート酸化膜6よりも厚い酸化膜14が形成されている。   In the cell arrangement region 20, the gate oxide film 6 is selectively formed on the drift layer 2. In the peripheral region 21, an oxide film 14 thicker than the gate oxide film 6 is formed on the drift layer 2.

また、ゲート酸化膜6および酸化膜14の上(上記した絶縁膜の上と把握できる)には、ドープトポリシリコン膜71と、ドープトポリシリコン膜71上に形成された、第2金属シリサイド膜としてのタングステンシリサイド(WSix膜72)との積層膜からなるゲート電極7が形成されている。つまり、ゲート電極7は、図2に示すように、セル配置領域20から周辺に至って延設されている。   Further, a doped polysilicon film 71 and a second metal silicide formed on the doped polysilicon film 71 are formed on the gate oxide film 6 and the oxide film 14 (which can be grasped as the above-described insulating film). A gate electrode 7 made of a laminated film with tungsten silicide (WSix film 72) as a film is formed. That is, the gate electrode 7 extends from the cell arrangement region 20 to the periphery as shown in FIG.

本実施の形態1では、ゲート電極7を構成するWSix膜72の組成はWSiの化学当量WSi2よりも第2金属としてのタングステン(W)が多くなるよう形成されている。すなわち上記のxの値は、例えば1.95になっている。 In the first embodiment, the composition of the WSix film 72 constituting the gate electrode 7 is formed such that tungsten (W) as the second metal is larger than the chemical equivalent WSi 2 of WSi. That is, the value of x is, for example, 1.95.

なお以下では、簡単のため、ソース領域3およびp+コンタクト領域5からなる領域をSiC領域3〜5と記すこともある。   Hereinafter, for the sake of simplicity, a region composed of the source region 3 and the p + contact region 5 may be referred to as SiC regions 3 to 5.

ゲート電極7を覆うように、例えば酸化膜(SiO2)からなる層間絶縁膜8が形成されている。セル配置領域20において、SiC領域3〜5と外部出力ソース電極10とのコンタクトを取るため、ソースコンタクトホール12が開口されている。これに対して、周辺領域21において、ゲート電極7と外部出力ゲート電極15とのコンタクトを取るため、ゲートコンタクトホール13が開口されている。 An interlayer insulating film 8 made of, for example, an oxide film (SiO 2 ) is formed so as to cover the gate electrode 7. In the cell arrangement region 20, a source contact hole 12 is opened to make contact between the SiC regions 3 to 5 and the external output source electrode 10. On the other hand, in the peripheral region 21, a gate contact hole 13 is opened to make contact between the gate electrode 7 and the external output gate electrode 15.

セル配置領域20において、ソースコンタクトホール12を充填するように、層間絶縁膜8上には、例えばアルミニウム(Al)膜からなる外部出力ソース電極10が形成されている。   In the cell arrangement region 20, an external output source electrode 10 made of, for example, an aluminum (Al) film is formed on the interlayer insulating film 8 so as to fill the source contact hole 12.

ソースコンタクトホール12内で、外部出力ソース電極10とn+型のソース領域3とp+コンタクト領域5との間には、NiSi2からなるNiSi2膜18(第1金属シリサイド膜)が形成されている。 The source contact hole 12 inside, between the external output source electrode 10 and the n + -type source region 3 and the p + contact region 5, NiSi 2 film 18 made of NiSi 2 (first metal silicide layer) is formed .

外部出力ソース電極10は、ソースコンタクトホール12内で、n+型のソース領域3とp+コンタクト領域5とに電気的に接続されている。   The external output source electrode 10 is electrically connected to the n + type source region 3 and the p + contact region 5 in the source contact hole 12.

これに対して、周辺領域21において、ゲートコンタクトホール13を充填するように、層間絶縁膜8上に、例えばアルミニウム(Al)膜からなる外部出力ゲート電極15が形成されている。外部出力ゲート電極15は、ゲートコンタクトホール13内で、ゲート電極7に電気的に接続されている。   In contrast, an external output gate electrode 15 made of, for example, an aluminum (Al) film is formed on the interlayer insulating film 8 so as to fill the gate contact hole 13 in the peripheral region 21. The external output gate electrode 15 is electrically connected to the gate electrode 7 in the gate contact hole 13.

炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面上には、金属膜および金属シリサイド膜からなる積層構造のドレイン電極9が形成されている(図3では、簡略化のため単層構造のように図示されている)。本実施の形態1では、ドレイン電極9の金属膜は、ニッケル(Ni)膜であり、ドレイン電極9の金属シリサイド膜はNiSi2膜である。 On the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1, a drain electrode 9 having a laminated structure made of a metal film and a metal silicide film is formed (in FIG. 3, it is illustrated as a single layer structure for simplification). ing). In the first embodiment, the metal film of the drain electrode 9 is a nickel (Ni) film, and the metal silicide film of the drain electrode 9 is a NiSi 2 film.

ドレイン電極9上(図3においては下側)には、例えばNi/Auの積層膜からなる裏面接続電極11が形成されている(図3では、簡略化のため単層構造のように図示されている)。   On the drain electrode 9 (on the lower side in FIG. 3), a back connection electrode 11 made of, for example, a Ni / Au laminated film is formed (in FIG. 3, it is illustrated as a single layer structure for the sake of simplicity). ing).

外部出力ソース電極10と裏面接続電極11との間に高電圧を印加しても、ゲート電極7に電圧を印加してない場合には、ゲート電極7直下のベース領域4にはチャネルが形成されない。つまり、当該電圧印加状況では、MOSFETは電子が流れないオフ状態となる。   Even if a high voltage is applied between the external output source electrode 10 and the back surface connection electrode 11, if no voltage is applied to the gate electrode 7, no channel is formed in the base region 4 immediately below the gate electrode 7. . That is, in the voltage application situation, the MOSFET is in an off state where electrons do not flow.

これに対して、外部出力ソース電極10と裏面接続電極11との間に高電圧を印加し、さらにゲート電極7に正電圧を印加する。すると、ベース領域4上側にチャネルが形成され、ソース領域3からチャネル領域(ベース領域4)、ドリフト層2、炭化珪素(SiC)半導体基板1、ドレイン電極9の経路で電子が流れる。つまり、当該電圧印加状況では、MOSFETは電子が流れるオン状態となる。このように、ゲート電極7に印加するゲート電圧により電流のオン/オフが制御できる。   In contrast, a high voltage is applied between the external output source electrode 10 and the back surface connection electrode 11, and a positive voltage is further applied to the gate electrode 7. Then, a channel is formed above the base region 4, and electrons flow from the source region 3 through the channel region (base region 4), the drift layer 2, the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1, and the drain electrode 9. That is, in the voltage application situation, the MOSFET is turned on so that electrons flow. Thus, the on / off state of the current can be controlled by the gate voltage applied to the gate electrode 7.

<A−2.製造方法>
次に、図4〜図14に示す工程別断面図を用いて、本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について説明する。
<A-2. Manufacturing method>
Next, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to cross-sectional views according to processes shown in FIGS.

まず、図4の構成が形成されるまでの工程について説明する。たとえば、炭化珪素(SiC)半導体基板1上においてエピタキシャル成長させることにより、n+型の炭化珪素(SiC)半導体基板1上にn型のドリフト層2を形成する。当該ドリフト層2は、炭化珪素(SiC)からなる半導体層である。   First, a process until the structure of FIG. 4 is formed is demonstrated. For example, n type drift layer 2 is formed on n + type silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 by epitaxial growth on silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1. The drift layer 2 is a semiconductor layer made of silicon carbide (SiC).

セル配置領域20において、ドリフト層2表面内に、p型のベース領域4を選択的に形成する。さらに、ベース領域4の表面内において、n+型のソース領域3およびp型のベースコンタクト領域であるp+コンタクト領域5を選択的に形成する。   In the cell arrangement region 20, a p-type base region 4 is selectively formed in the surface of the drift layer 2. Further, in the surface of the base region 4, an n + type source region 3 and a p + contact region 5 which is a p type base contact region are selectively formed.

ここで、n型の領域は、例えば窒素(N)イオンを注入し、p型の領域は、例えばアルミニウム(Al)イオンを注入して形成する。当該n型の領域およびp型の領域は、1500℃以上の高温アニール処理を施すことにより活性化される。   Here, the n-type region is formed by implanting, for example, nitrogen (N) ions, and the p-type region is formed by implanting, for example, aluminum (Al) ions. The n-type region and the p-type region are activated by performing high-temperature annealing at 1500 ° C. or higher.

次に、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、ドリフト層2上に1μm程度の膜厚の酸化膜(SiO2)を形成する。その後、写真製版とエッチングとにより、セル配置領域20側の当該酸化膜を除去する。これにより、周辺領域21のドリフト層2上に、酸化膜14が形成される。 Next, an oxide film (SiO 2 ) having a thickness of about 1 μm is formed on the drift layer 2 by, eg, CVD (Chemical Vapor Deposition). Thereafter, the oxide film on the cell arrangement region 20 side is removed by photolithography and etching. As a result, an oxide film 14 is formed on the drift layer 2 in the peripheral region 21.

その後、図5に示すように酸素や水蒸気を含む雰囲気の1000℃程度の温度下で、セル配置領域20のSiC領域2〜5の上部を酸化する。これにより、セル配置領域20におけるSiC領域2〜5上に、熱酸化膜(SiO2)のゲート酸化膜6を形成する。ゲート酸化膜の膜厚は例えば50nmである。当該酸化膜14およびゲート酸化膜6の形成工程が、セル配置領域20および周辺領域21のドリフト層2の上面に「絶縁膜」を形成する工程となる。 After that, as shown in FIG. 5, the upper portions of the SiC regions 2 to 5 in the cell arrangement region 20 are oxidized at a temperature of about 1000 ° C. in an atmosphere containing oxygen and water vapor. Thereby, a gate oxide film 6 of a thermal oxide film (SiO 2 ) is formed on the SiC regions 2 to 5 in the cell arrangement region 20. The thickness of the gate oxide film is, for example, 50 nm. The step of forming the oxide film 14 and the gate oxide film 6 is a step of forming an “insulating film” on the upper surface of the drift layer 2 in the cell arrangement region 20 and the peripheral region 21.

なお、本実施の形態では、ゲート酸化膜6は熱酸化膜であるものとして説明するが、これに限ったものでない。ゲート酸化膜6は、CVD法で形成した酸化膜でもよいし、熱酸化膜とのCVD法で形成した酸化膜との積層膜であってもよい。   In the present embodiment, the gate oxide film 6 is described as a thermal oxide film, but the present invention is not limited to this. The gate oxide film 6 may be an oxide film formed by a CVD method or a laminated film of an oxide film formed by a CVD method with a thermal oxide film.

次に、CVD法により、ゲート酸化膜6および酸化膜14上に、ゲート電極を構成するドープトポリシリコン膜71を形成する。さらに表面の清浄度を保ったまま、すなわちドープトポリシリコン膜71上に形成された自然酸化膜(SiO2)を希釈した弗酸(HF)で除去した後、スパッタ法により、ドープトポリシリコン膜71上に、ゲート電極を構成する、第2金属シリサイド膜としてのWSix膜72を形成する。このドープトポリシリコン膜71とWSix膜72との積層膜により、ゲート電極7が構成される。 Next, a doped polysilicon film 71 constituting a gate electrode is formed on the gate oxide film 6 and the oxide film 14 by a CVD method. Further, while maintaining the cleanliness of the surface, that is, after removing the natural oxide film (SiO 2 ) formed on the doped polysilicon film 71 with diluted hydrofluoric acid (HF), the doped polysilicon is formed by sputtering. On the film 71, a WSix film 72 as a second metal silicide film that forms a gate electrode is formed. A gate electrode 7 is constituted by a laminated film of the doped polysilicon film 71 and the WSix film 72.

ここで、WSix膜72の組成を表すxは例えば1.95とする。WSixの組成は、スパッタ装置のターゲットのタングステン(W)とシリコン(Si)の混合比を変更することにより調整できる。なお、ドープトポリシリコン膜71の膜厚は200nm、WSix膜72の膜厚は400nmとし、WSix膜72の膜厚を厚く設定する。   Here, x representing the composition of the WSix film 72 is, for example, 1.95. The composition of WSix can be adjusted by changing the mixing ratio of tungsten (W) and silicon (Si) in the target of the sputtering apparatus. The doped polysilicon film 71 has a thickness of 200 nm, the WSix film 72 has a thickness of 400 nm, and the WSix film 72 has a large thickness.

以上の工程までにより、図5に示した構造体が形成される。   Through the above steps, the structure shown in FIG. 5 is formed.

次に、ゲート電極7に対して、写真製版処理とエッチング処理とを施す。これにより、図6に示すように、ソース領域3の上方およびp+コンタクト領域5の上方に存在するゲート電極7を除去し、ベース領域4、JFET領域16および周辺にゲート電極7を形成する。   Next, photolithography and etching are performed on the gate electrode 7. Thereby, as shown in FIG. 6, the gate electrode 7 existing above the source region 3 and the p + contact region 5 is removed, and the gate electrode 7 is formed in the base region 4, the JFET region 16 and the periphery.

次に、基板全面に、CVD法により膜厚1μmの酸化膜を形成し、層間絶縁膜8とする(図7参照)。続いて図8に示すように、写真製版処理とRIE(Reactive Ion Etching)エッチング処理とにより、セル配置領域20のソース領域3の一部とp+コンタクト領域5の上部とにソースコンタクトホール12を、周辺領域21のゲート電極7上部にゲートコンタクトホール13をそれぞれ形成する。   Next, an oxide film having a thickness of 1 μm is formed on the entire surface of the substrate by a CVD method to form an interlayer insulating film 8 (see FIG. 7). Subsequently, as shown in FIG. 8, the source contact hole 12 is formed in a part of the source region 3 of the cell arrangement region 20 and the upper portion of the p + contact region 5 by photolithography and RIE (Reactive Ion Etching) etching. Gate contact holes 13 are respectively formed on the gate electrode 7 in the peripheral region 21.

ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13は、同時に形成される。当該エッチングにより、ソースコンタクトホール12の底面からは、ソース領域4の一部およびp+コンタクト領域5が露出している。また、ゲートコンタクトホール13の底面からは、ゲート電極7が露出している。   The source contact hole 12 and the gate contact hole 13 are formed simultaneously. By this etching, a part of the source region 4 and the p + contact region 5 are exposed from the bottom surface of the source contact hole 12. Further, the gate electrode 7 is exposed from the bottom surface of the gate contact hole 13.

ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13は、確実に開口させる必要がある。このため、本実施の形態1では、ソースコンタクトホール12、ゲートコンタクトホール13それぞれを開口させるのに必要なエッチング時間の1.2倍以上の時間で、オーバーエッチング処理込みのエッチングを行う。   The source contact hole 12 and the gate contact hole 13 need to be surely opened. For this reason, in the first embodiment, the etching including the over-etching process is performed in a time longer than 1.2 times the etching time required to open the source contact hole 12 and the gate contact hole 13.

なお、ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13を完全に開口させるためオーバーエッチングを行っている。このオーバーエッチングによりベース領域4やソース領域3およびWSix膜72が消失しないよう、層間絶縁膜8やゲート酸化膜6のエッチングレートを、SiC領域3〜5を構成する炭化珪素(SiC)およびWSix膜72のエッチングレートより充分大きくして行う。   Note that over-etching is performed to completely open the source contact hole 12 and the gate contact hole 13. In order to prevent the base region 4, the source region 3, and the WSix film 72 from disappearing due to this overetching, the etching rate of the interlayer insulating film 8 and the gate oxide film 6 is changed to the silicon carbide (SiC) and the WSix film constituting the SiC regions 3 to 5. The etching rate is sufficiently larger than the etching rate of 72.

次に、図9に示すように、基板全面に、第1金属の膜であるニッケル(Ni)膜17を形成する。また、ニッケル(Ni)膜17は、例えばスパッタ法により作成される。また、ニッケル(Ni)膜17の膜厚は、例えば50nm程度とする。   Next, as shown in FIG. 9, a nickel (Ni) film 17 that is a first metal film is formed on the entire surface of the substrate. Further, the nickel (Ni) film 17 is formed by, for example, a sputtering method. The film thickness of the nickel (Ni) film 17 is, for example, about 50 nm.

その後、図9に示した構造体に対して、第1のアニール処理を施す。これにより、図10に示すように、ソースコンタクトホール12の底面から露出した、ソース領域3上部およびp+コンタクト領域5上部に、第1金属シリサイド膜(本実施の形態1では、NiSi2膜18)を形成する。当該第1のアニール処理は、例えば、RTA(Rapid Thermal Annealing)法により、温度300〜800℃で行う。当該温度による加熱により、ニッケル(Ni)膜17のニッケル(Ni)と、これに接するSiC領域3〜5を構成する炭化珪素(SiC)とが反応して、NiSi2膜18が形成される。 Thereafter, a first annealing process is performed on the structure shown in FIG. Thus, as shown in FIG. 10, the first metal silicide film (NiSi 2 film 18 in the first embodiment) is formed on the source region 3 and p + contact region 5 exposed from the bottom surface of the source contact hole 12. Form. The first annealing treatment is performed at a temperature of 300 to 800 ° C. by, for example, an RTA (Rapid Thermal Annealing) method. By heating at the temperature, nickel (Ni) of the nickel (Ni) film 17 reacts with silicon carbide (SiC) constituting the SiC regions 3 to 5 in contact therewith to form the NiSi 2 film 18.

第1金属シリサイド膜としてのNiSi2膜18を形成した後、例えば、硫酸や塩酸を含む酸系の薬液で、NiSi2膜18を形成した構造を洗浄する。当該洗浄により、上記シリサイド化反応において未反応となったニッケル(Ni)膜17が除去される。当該未反応のニッケル(Ni)膜17除去後の様子を、図11に図示する。WSix膜72上にはNiSi2膜が形成されないために、ゲートコンタクトホール13にはNiSi2膜はない。 After the NiSi 2 film 18 as the first metal silicide film is formed, the structure in which the NiSi 2 film 18 is formed is cleaned with an acid chemical solution containing sulfuric acid or hydrochloric acid, for example. By the cleaning, the nickel (Ni) film 17 which has not been reacted in the silicidation reaction is removed. FIG. 11 shows the state after the unreacted nickel (Ni) film 17 is removed. Since the NiSi 2 film is not formed on the WSix film 72, the gate contact hole 13 has no NiSi 2 film.

その後、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面にドレイン電極9を形成する(図12参照)。当該ドレイン電極9の形成は、次の手順で行う。   Thereafter, drain electrode 9 is formed on the back surface of silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 (see FIG. 12). The drain electrode 9 is formed by the following procedure.

まず、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面に対してスパッタ法を施し、厚さが300nmのニッケル(Ni)膜を成膜する。次に、例えばRTA法で1000℃程度の第2のアニール処理を実施する。   First, a sputtering method is performed on the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 to form a nickel (Ni) film having a thickness of 300 nm. Next, for example, a second annealing process at about 1000 ° C. is performed by the RTA method.

このように、本実施の形態1では、上記未反応のニッケル(Ni)膜17を除去した後、第1のアニール処理の温度(300〜800℃)よりも高温である第2のアニール処理を行う。後述する理由により、第2のアニール処理の時間は短い方が好ましい。本実施の形態1では30秒で行うものとする。   As described above, in the first embodiment, after the unreacted nickel (Ni) film 17 is removed, the second annealing process that is higher than the temperature of the first annealing process (300 to 800 ° C.) is performed. Do. For reasons to be described later, it is preferable that the second annealing time is short. In the first embodiment, it is performed in 30 seconds.

これにより、ソースコンタクトホール12内のNiSi2膜18のコンタクト抵抗をさらに低下させることができる。さらに、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面に形成した上述のニッケル(Ni)膜が、炭化珪素(SiC)半導体基板1裏面と反応してNiSi2膜も同時に形成され、これらの間にも低抵抗のオーミックコンタクトが実現される。こうして、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面に、ニッケル(Ni)膜とNiSi2膜とからなるドレイン電極9が形成される(図12参照)。 Thereby, the contact resistance of the NiSi 2 film 18 in the source contact hole 12 can be further reduced. Further, the nickel (Ni) film formed on the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 reacts with the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 to form a NiSi 2 film at the same time. Low resistance ohmic contact is realized. Thus, a drain electrode 9 made of a nickel (Ni) film and a NiSi 2 film is formed on the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 (see FIG. 12).

次に、ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13を充填するように、層間絶縁膜8上に、電極膜を形成する。当該電極膜は、例えば、膜厚が3μmのアルミニウム(Al)膜を採用することができ、たとえばスパッタ法により形成される。   Next, an electrode film is formed on the interlayer insulating film 8 so as to fill the source contact hole 12 and the gate contact hole 13. As the electrode film, for example, an aluminum (Al) film having a film thickness of 3 μm can be adopted, and formed by, for example, a sputtering method.

その後、当該電極膜に対して、写真製版とエッチング処理とを施す。これにより、電極膜がパターニングされ、図13に示したように、外部出力ソース電極10と外部出力ゲート電極15とが形成される。ここで、当該パターニングにより、外部出力ソース電極10と外部出力ゲート電極15とは、電気的に分離される。   Thereafter, photolithography and etching are performed on the electrode film. Thereby, the electrode film is patterned, and the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15 are formed as shown in FIG. Here, the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15 are electrically separated by the patterning.

また、外部出力ソース電極10は、セル配置領域20に形成され、NiSi2膜18を介して、ソース領域3上部およびp+コンタクト領域5上部と電気的に接続される。これに対して、外部出力ゲート電極15は、周辺領域21に形成され、ゲート電極7と電気的に接続される。 The external output source electrode 10 is formed in the cell arrangement region 20 and is electrically connected to the upper portion of the source region 3 and the upper portion of the p + contact region 5 through the NiSi 2 film 18. In contrast, the external output gate electrode 15 is formed in the peripheral region 21 and is electrically connected to the gate electrode 7.

最後に、図14に示したように、スパッタ法等により、ドレイン電極9上に裏面接続電極11を形成する。裏面接続電極11は例えば、膜厚が150nmの金(Au)膜を使用することができる。   Finally, as shown in FIG. 14, the back connection electrode 11 is formed on the drain electrode 9 by sputtering or the like. For example, a gold (Au) film having a thickness of 150 nm can be used as the back connection electrode 11.

以上のように、本実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置では、ソースコンタクトホール12内に第1金属シリサイド膜としてのNiSi2膜18を形成しており、ゲート電極7の上部にシリコン(Si)よりもタングステン(W)の含有量が多い第2金属シリサイド膜としてのWSix膜72(x=1.95)を使用している。 As described above, in the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, the NiSi 2 film 18 as the first metal silicide film is formed in the source contact hole 12, and the silicon (Si ), A WSix film 72 (x = 1.95) is used as the second metal silicide film having a higher tungsten (W) content.

また、シリコン(Si)と第1金属としてのニッケル(Ni)との結合エネルギーは、シリコン(Si)と第2金属としてのタングステン(W)との結合エネルギーより小さい。このためソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13を同時に開口し、ホール開口後の工程においてニッケル(Ni)を形成した場合でも(図9参照)、WSix膜72上にNiSi2膜が形成されることがない。よって、ゲート電極7の抵抗およびゲートコンタクト抵抗を低減して、製造コストを削減した炭化珪素半導体装置を得ることができる。 Further, the bond energy between silicon (Si) and nickel (Ni) as the first metal is smaller than the bond energy between silicon (Si) and tungsten (W) as the second metal. Therefore, even when the source contact hole 12 and the gate contact hole 13 are opened at the same time and nickel (Ni) is formed in the process after the hole opening (see FIG. 9), the NiSi 2 film is formed on the WSix film 72. There is no. Therefore, the resistance of gate electrode 7 and the gate contact resistance can be reduced, and a silicon carbide semiconductor device with reduced manufacturing costs can be obtained.

以下、WSix膜72上にNiSi2膜が形成されない理由について説明する。 Hereinafter, the reason why the NiSi 2 film is not formed on the WSix film 72 will be described.

図31に、各種金属とシリコン(Si)との結合エネルギーを示す。図31に示すように、ニッケル(Ni)のシリコン(Si)との結合エネルギー(0.89eV)は、タングステン(W)とシリコン(Si)との結合エネルギー(0.96eV)より小さいため、ホール開口後の工程においてWSix膜72上に堆積されたニッケル(Ni)が、タングステン(W)からシリコン(Si)を解離させてNiSi2膜が形成されることはない。 FIG. 31 shows binding energies between various metals and silicon (Si). As shown in FIG. 31, since the binding energy (0.89 eV) of nickel (Ni) to silicon (Si) is smaller than the binding energy (0.96 eV) of tungsten (W) to silicon (Si), holes Nickel (Ni) deposited on the WSix film 72 in the process after the opening does not dissociate silicon (Si) from tungsten (W), and a NiSi 2 film is not formed.

また、WSix膜72の組成を表すxは例えば1.95とされ、WSix膜72は、シリコン(Si)原子に対してタングステン(W)原子が過剰に存在する膜である。よって、タングステン(W)と結合していないシリコン(Si)原子は存在しないため、WSix膜72上に堆積されたニッケル(Ni)が、WSix中の過剰なシリコン(Si)と結合してNiSi2膜が形成されることはない。 Further, x representing the composition of the WSix film 72 is, for example, 1.95, and the WSix film 72 is a film in which tungsten (W) atoms are excessively present with respect to silicon (Si) atoms. Therefore, since there are no silicon (Si) atoms that are not bonded to tungsten (W), nickel (Ni) deposited on the WSix film 72 is bonded to excess silicon (Si) in the WSix and NiSi 2. No film is formed.

上記の2つの理由により、ゲートコンタクトホール13にアルミニウム(Al)より抵抗率の高いNiSi2膜が形成されることがないので、ゲートコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。 For the above two reasons, a NiSi 2 film having a higher resistivity than aluminum (Al) is not formed in the gate contact hole 13, so that an increase in gate contact resistance can be suppressed.

次に、WSixの組成に関して説明する。図30はシリサイドの組成と比抵抗との関係を表した関係図である。   Next, the composition of WSix will be described. FIG. 30 is a relationship diagram showing the relationship between the silicide composition and the specific resistance.

金属シリサイド膜はドープトポリシリコン膜の上に堆積されており、比抵抗はシリサイドおよびポリシリコンの両方の抵抗を合成した値である。横軸はシリコン(Si)と金属との原子数の比で、比抵抗は1000℃、20分の熱処理後の値を示す。縦軸は抵抗率(μΩcm)である。図30中には、WSixの値(実線)の他に、TiSixの値も示されている(左側の縦軸がWSixに、右側の縦軸がTiSixにそれぞれ対応する)。   The metal silicide film is deposited on the doped polysilicon film, and the specific resistance is a value obtained by synthesizing both silicide and polysilicon resistances. The horizontal axis represents the ratio of the number of atoms between silicon (Si) and metal, and the specific resistance represents a value after heat treatment at 1000 ° C. for 20 minutes. The vertical axis represents the resistivity (μΩcm). In FIG. 30, in addition to the value of WSix (solid line), the value of TiSix is also shown (the left vertical axis corresponds to WSix and the right vertical axis corresponds to TiSix).

図30から、WSix(実線)はxの値がおよそ1.5〜2.3までは比抵抗は小さいが、これ以外のxの値においては比抵抗は増大することが分かる。   From FIG. 30, it can be seen that the specific resistance of WSix (solid line) is small when the value of x is approximately 1.5 to 2.3, but the specific resistance increases at other values of x.

一般的には、金属シリサイドの比抵抗は、xの値がおよそ1〜3.0のところで最小になり、この範囲では比抵抗はほぼ一定である。この範囲外では、xの値が大きくても(シリコンが過剰)、小さくても(金属が過剰)、比抵抗は大きくなる(図30のTiSix(点線)参照)。   In general, the specific resistance of metal silicide is minimized when the value of x is approximately 1 to 3.0, and the specific resistance is substantially constant in this range. Outside this range, even if the value of x is large (excess silicon) or small (excess metal), the specific resistance increases (see TiSix (dotted line) in FIG. 30).

この点を鑑み、金属シリサイド膜の組成は、xの値が1.5以上であることが低抵抗の観点から望ましい。また前述したように、金属が過剰な膜状態を実現すべく、xの値は2.0未満である必要がある。実施の形態1では、スパッタ法やCVD法の製造時の組成のバラツキの観点から、xの値は1.95に設定した。   In view of this point, it is desirable that the composition of the metal silicide film has a value of x of 1.5 or more from the viewpoint of low resistance. Further, as described above, the value of x needs to be less than 2.0 in order to realize a film state in which the metal is excessive. In the first embodiment, the value of x is set to 1.95 from the viewpoint of variation in composition at the time of manufacturing the sputtering method or the CVD method.

特許文献1においては、ゲート電極7と外部出力ゲート電極15との間にNiSi膜が形成され、ゲートコンタクト抵抗が増大するという問題点があった。これは、ゲート電極の上層に形成する金属シリサイド膜を、第1金属としてのTiをドープトポリシリコン膜(ゲート電極の下層)上に堆積させ、熱処理によってドープトポリシリコン膜と反応させたチタンシリサイド膜(TiSi2膜)にしていたためである。 In Patent Document 1, there is a problem that a NiSi film is formed between the gate electrode 7 and the external output gate electrode 15 to increase the gate contact resistance. This is because titanium silicide is formed on the gate electrode by depositing Ti as the first metal on the doped polysilicon film (under the gate electrode) and reacting with the doped polysilicon film by heat treatment. This is because the silicide film (TiSi 2 film) is used.

シリコン(Si)原子はTiSi2膜中を拡散しやすいため、ソースコンタクト部にニッケル(Ni)を堆積して炭化珪素(SiC)と反応させ、NiSi膜を形成するアニール処理の際に、ドープトポリシリコン膜のシリコン(Si)がTiSi2膜中に拡散し、ゲートコンタクト部に堆積したニッケル(Ni)と反応して、NiSi膜が形成されてしまうことが避けられない。これは細線化効果と呼ばれているものである。 Since silicon (Si) atoms easily diffuse in the TiSi 2 film, nickel (Ni) is deposited on the source contact portion and reacted with silicon carbide (SiC) to form a NiSi film during the annealing process. It is inevitable that silicon (Si) of the polysilicon film diffuses into the TiSi 2 film and reacts with nickel (Ni) deposited on the gate contact portion to form a NiSi film. This is called the thinning effect.

TiSi2膜はTiが過剰に存在していない膜であるために、ドープトポリシリコン膜のシリコン(Si)がTiSi2膜表面まで拡散することを阻止できないのである。 Since the TiSi 2 film is a film in which Ti does not exist excessively, it cannot prevent silicon (Si) of the doped polysilicon film from diffusing up to the surface of the TiSi 2 film.

<A−3.変形例>
なお、本実施の形態1では第1金属シリサイドとして用いる金属としてニッケル(Ni)を示したが、第1金属シリサイドはニッケル(Ni)を用いたものに限られるものではなく、炭化珪素(SiC)との間でシリサイド化反応する金属であり、そのシリコン(Si)との結合エネルギーが、第2金属シリサイドを構成する金属とシリコン(Si)との結合エネルギーより小さければよい。
<A-3. Modification>
In the first embodiment, nickel (Ni) is shown as the metal used as the first metal silicide. However, the first metal silicide is not limited to the one using nickel (Ni), and silicon carbide (SiC). And the bonding energy with silicon (Si) should be smaller than the bonding energy between the metal constituting the second metal silicide and silicon (Si).

例えば、第1金属シリサイドに用いる金属して白金(Pt)、第2金属シリサイドに用いる金属としてコバルト(Co)を設定することも可能である。   For example, platinum (Pt) can be set as the metal used for the first metal silicide, and cobalt (Co) can be set as the metal used for the second metal silicide.

第2金属シリサイドを構成する組成は、その金属とシリコン(Si)との化学当量より金属を過剰にしておく必要がある。   The composition constituting the second metal silicide needs to have an excess of metal in comparison with the chemical equivalent of the metal and silicon (Si).

さらに炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面にドレイン電極9を形成する工程の、第2のアニール処理の時間は前述したように短い方が好ましい。これは第2のアニール処理の時間が長くなると、ドープトポリシリコン膜71中のシリコン(Si)原子が、例えばWSix膜72のWSix中に拡散し、シリコン(Si)原子がタングステン(W)原子に比べ過剰な状態となってしまうからである。   Furthermore, it is preferable that the second annealing process in the step of forming the drain electrode 9 on the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 is short as described above. This is because when the time of the second annealing process becomes longer, silicon (Si) atoms in the doped polysilicon film 71 diffuse into, for example, WSix of the WSix film 72, and silicon (Si) atoms become tungsten (W) atoms. It is because it will be in an excessive state compared with.

この現象を回避するために、WSix膜72の膜厚をドープトポリシリコン膜71より厚く形成し、シリコン(Si)原子がWSix膜72の表面まで拡散しないようにすることができる。   In order to avoid this phenomenon, the WSix film 72 can be formed thicker than the doped polysilicon film 71 so that silicon (Si) atoms do not diffuse to the surface of the WSix film 72.

さらにゲート電極には、ドープトポリシリコン膜を使用しなくても問題はない。図15に示すように、WSix(第2金属シリサイド膜)のみからなるゲート電極74を備えるMOSFETを作製してもよい。   Further, there is no problem even if a doped polysilicon film is not used for the gate electrode. As shown in FIG. 15, a MOSFET including a gate electrode 74 made only of WSix (second metal silicide film) may be manufactured.

図15の構造では、MOSFETの閾値電圧(Vth)を調整すれば、実施の形態1の2層からなるゲート電極7よりも、さらにゲート電極の抵抗を下げることができる。   In the structure of FIG. 15, if the threshold voltage (Vth) of the MOSFET is adjusted, the resistance of the gate electrode can be further reduced as compared with the two-layer gate electrode 7 of the first embodiment.

この変形例においても、ゲート電極74のWSixのxの値は1.95とし、タングステン(W)が過剰であるために、ゲートコンタクトホール13にNiSi2膜は形成されず、ゲートコンタクト抵抗を低減し、製造コストを低減することが可能である。 Also in this modified example, the value of x of WSix of the gate electrode 74 is 1.95, and since tungsten (W) is excessive, the NiSi 2 film is not formed in the gate contact hole 13 and the gate contact resistance is reduced. In addition, the manufacturing cost can be reduced.

<A−4.効果>
本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置は、第1導電型の半導体基板1と、半導体基板1上に形成された第1導電型のドリフト層2と、ドリフト層2表層に選択的に複数形成された第2導電型のウェル領域としてのベース領域4と、各ベース領域4表層に選択的に形成された第1導電型のソース領域3とを備える。
<A-4. Effect>
According to the embodiment of the present invention, a semiconductor device is selectively used as a first conductivity type semiconductor substrate 1, a first conductivity type drift layer 2 formed on the semiconductor substrate 1, and a drift layer 2 surface layer. A plurality of base regions 4 as second conductivity type well regions, and first conductivity type source regions 3 selectively formed on the surface layer of each base region 4.

また、ベース領域4が配置されたセル配置領域20を平面視上囲む領域を、周辺領域21とし、セル配置領域20においては、各ベース領域4に挟まれて第1絶縁膜としてのゲート酸化膜6を介してドリフト層2上に形成され、周辺領域21においては、第2絶縁膜としての酸化膜14を介してドリフト層2上に形成されたゲート電極7をさらに備える。   An area surrounding the cell arrangement area 20 in which the base area 4 is arranged in plan view is a peripheral area 21. In the cell arrangement area 20, a gate oxide film as a first insulating film sandwiched between the base areas 4. 6, the peripheral region 21 further includes a gate electrode 7 formed on the drift layer 2 via an oxide film 14 as a second insulating film.

また、ゲート電極7を選択的に覆って形成された層間絶縁膜8と、セル配置領域20において層間絶縁膜8を覆って形成され、第1金属シリサイド膜としてのNiSi2膜18を介してソース領域3と接続された、外部出力ソース電極10と、周辺領域21において層間絶縁膜8を覆って形成され、ゲート電極7に接続された外部出力ゲート電極15とをさらに備える。 In addition, the interlayer insulating film 8 formed so as to selectively cover the gate electrode 7 and the interlayer insulating film 8 formed so as to cover the interlayer insulating film 8 in the cell arrangement region 20 and the source through the NiSi 2 film 18 as the first metal silicide film. The external output source electrode 10 connected to the region 3 and the external output gate electrode 15 formed to cover the interlayer insulating film 8 in the peripheral region 21 and connected to the gate electrode 7 are further provided.

ゲート電極7の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜としてのWSix膜72からなり、第1金属シリサイド膜としてのNiSi2膜18に含まれる第1金属(Ni)とシリコンとの結合エネルギーが、WSix膜72に含まれる第2金属(W)とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、WSix膜72の組成MSix(Mは第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることで、ゲート電極に金属シリサイド膜を含むことによるゲート電極の低抵抗化、および、ゲート電極上に他の金属シリサイド膜が形成されないことによるゲートコンタクトの低抵抗化、および、ソースコンタクトとゲートコンタクトとを同時に形成できることによる製造コストの低減が実現できる。 At least the upper layer of the gate electrode 7 is composed of a WSix film 72 as a second metal silicide film, and the bond energy between the first metal (Ni) and silicon contained in the NiSi 2 film 18 as the first metal silicide film is WSix. It is smaller than the binding energy of the second metal (W) contained in the film 72 with silicon, and in the composition MSix of the WSix film 72 (M represents the second metal), x is 1.5 or more and less than 2.0. As a result, the resistance of the gate electrode is reduced by including a metal silicide film in the gate electrode, the resistance of the gate contact is reduced by not forming another metal silicide film on the gate electrode, and the source contact and the gate The manufacturing cost can be reduced by forming the contact at the same time.

また、本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置において、第2金属シリサイド膜の組成が、WSixであることで、細線化効果が起こらず、ゲート長の微細化が図れる。   Further, according to the embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the composition of the second metal silicide film is WSix, so that the thinning effect does not occur and the gate length can be reduced.

また、本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置において、ゲート電極74の全層が、第2金属シリサイド膜からなることで、さらにゲート電極の抵抗を下げることができる。   In addition, according to the embodiment of the present invention, in the semiconductor device, since the entire layer of the gate electrode 74 is made of the second metal silicide film, the resistance of the gate electrode can be further reduced.

また、本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、(a)第1の導電型の半導体基板上1に、第1の導電型のドリフト層2を形成する工程と、(b)前記ドリフト層2表層に、第2導電型のウェル領域としてのベース領域4を選択的に複数形成する工程と、(c)ベース領域4表層に、第1導電型のソース領域3を選択的に形成する工程とを備える。   In addition, according to the embodiment of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device includes: (a) forming a first conductivity type drift layer 2 on a first conductivity type semiconductor substrate 1; (B) a step of selectively forming a plurality of base regions 4 as well regions of the second conductivity type on the surface layer of the drift layer 2; and (c) a source region 3 of the first conductivity type on the surface layer of the base region 4. Selectively forming.

さらに、(d)ベース領域4が配置されたセル配置領域20を平面視上囲む領域を、周辺領域21とし、セル配置領域20においては、ドリフト層2上に、各ベース領域4に挟まれたゲート電極7を第1絶縁膜としてのゲート酸化膜6を介して形成し、周辺領域21においては、ドリフト層2上に、ゲート電極7を第2絶縁膜としての酸化膜14を介して形成する工程と、(e)ゲート電極7を覆う層間絶縁膜8を形成する工程とを備える。   Further, (d) a region surrounding the cell placement region 20 in which the base region 4 is placed in plan view is a peripheral region 21, and the cell placement region 20 is sandwiched between the base regions 4 on the drift layer 2. The gate electrode 7 is formed via the gate oxide film 6 as the first insulating film, and the gate electrode 7 is formed on the drift layer 2 via the oxide film 14 as the second insulating film in the peripheral region 21. And (e) forming an interlayer insulating film 8 that covers the gate electrode 7.

さらに、(f)ソース領域3およびゲート電極7と接続されるソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13をそれぞれ同時に形成する工程と、(g)ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13において第1金属(Ni)を形成し、当該第1金属(Ni)を熱処理することにより、ソース領域3上において第1金属シリサイド膜としてのNiSi2膜18を形成する工程と、(h)セル配置領域20において層間絶縁膜8を覆い、としてのNiSi2膜18を介してソース領域3と接続された外部出力ソース電極10と、周辺領域21において層間絶縁膜8を覆い、ゲート電極7に接続された外部出力ゲート電極15とを形成する工程とを備える。 Further, (f) a step of simultaneously forming the source contact hole 12 and the gate contact hole 13 connected to the source region 3 and the gate electrode 7, respectively, and (g) a first metal (in the source contact hole 12 and the gate contact hole 13). Forming a NiSi 2 film 18 as a first metal silicide film on the source region 3 by forming Ni) and heat-treating the first metal (Ni), and (h) an interlayer in the cell arrangement region 20 An external output source electrode 10 covering the insulating film 8 and connected to the source region 3 via the NiSi 2 film 18 as an external output gate covering the interlayer insulating film 8 in the peripheral region 21 and connected to the gate electrode 7 Forming the electrode 15.

ゲート電極7の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜としてのWSix膜72からなり、NiSi2膜18に含まれる第1金属(Ni)とシリコンとの結合エネルギーが、WSix膜72に含まれる第2金属(W)とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、WSix膜72の組成MSix(Mは第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることで、ゲート電極に金属シリサイドを含むことによるゲート電極の低抵抗化、および、ゲート電極上に他の金属シリサイド膜が形成されないことによるゲートコンタクトの低抵抗化、および、ソースコンタクトとゲートコンタクトとを同時に形成できることによる製造コストの低減が実現できる。 At least the upper layer of the gate electrode 7 is composed of a WSix film 72 as a second metal silicide film, and the binding energy between the first metal (Ni) and silicon contained in the NiSi 2 film 18 is contained in the WSix film 72. It is smaller than the binding energy of the metal (W) with silicon, and in the composition MSix of the WSix film 72 (M represents the second metal), x is 1.5 or more and less than 2.0. Lowering the resistance of the gate electrode by including metal silicide, lowering the resistance of the gate contact by not forming another metal silicide film on the gate electrode, and manufacturing by being able to form the source contact and the gate contact at the same time Cost reduction can be realized.

また、本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、セル配置領域20および周辺領域21において形成されるゲート電極7上層の第2金属シリサイド膜の組成が、WSixであることで、細線化効果が起こらず、ゲート長の微細化が図れる。後述する実施の形態2に示すようなトレンチ構造の場合には、トレンチ深さの微細化が図れる。   Further, according to the embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the composition of the second metal silicide film on the gate electrode 7 formed in the cell arrangement region 20 and the peripheral region 21 is WSix. Thus, the thinning effect does not occur and the gate length can be reduced. In the case of a trench structure as shown in the second embodiment to be described later, the trench depth can be miniaturized.

また、本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、セル配置領域20および周辺領域21において形成されるゲート電極74の全層が、第2金属シリサイド膜からなることで、さらにゲート電極の抵抗を下げることができる。   Moreover, according to the embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, the entire layer of the gate electrode 74 formed in the cell arrangement region 20 and the peripheral region 21 is made of the second metal silicide film. Furthermore, the resistance of the gate electrode can be lowered.

<B.実施の形態2>
実施の形態1の炭化珪素(SiC)を基板に用いたMOSFETでは、ドレイン電流はソース領域3からチャネル部分(図3のベース領域4のゲート電極7直下の部分)、JFET領域16を通って流れる(電子の流れを表している)。
<B. Second Embodiment>
In the MOSFET using the silicon carbide (SiC) of the first embodiment as the substrate, the drain current flows from the source region 3 through the channel portion (portion immediately below the gate electrode 7 of the base region 4 in FIG. 3) and the JFET region 16. (Represents the flow of electrons).

JFET領域16の不純物濃度は低濃度のため抵抗が高い。このオン抵抗を低減する、すなわちドレイン電流を増大させるために、JFET領域16をゲート電極構造にした、いわゆるトレンチ構造MOSFETがある。   Since the impurity concentration of the JFET region 16 is low, the resistance is high. In order to reduce this on-resistance, that is, to increase the drain current, there is a so-called trench structure MOSFET in which the JFET region 16 has a gate electrode structure.

<B−1.製造方法>
実施の形態2では、トレンチ構造をゲート電極に用いた炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態2において、実施の形態1と同じまたは同等部分に関しては、簡略のためその説明を省略する。
<B-1. Manufacturing method>
In the second embodiment, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device using a trench structure as a gate electrode will be described. In the second embodiment, the same or equivalent parts as in the first embodiment are not described for the sake of brevity.

まず、実施の形態1の図4に示す構造を、実施の形態1と同じ工程で作製する。   First, the structure shown in FIG. 4 of the first embodiment is manufactured by the same process as that of the first embodiment.

次に図16に示すように、写真製版およびエッチング処理により、ベース領域4の間(実施の形態1における図3の、JFET領域16に対応する部分)のドリフト層2を除去し、トレンチ領域19を形成する。   Next, as shown in FIG. 16, drift layer 2 between base regions 4 (portion corresponding to JFET region 16 in FIG. 3 in the first embodiment) is removed by photolithography and etching, and trench region 19 Form.

トレンチ領域19の深さは、ベース領域4よりも深くなるように設定される。トレンチ領域19の幅(図16中Dで表示された長さ)は例えば1.0μmとする。   The depth of the trench region 19 is set to be deeper than the base region 4. The width of the trench region 19 (the length indicated by D in FIG. 16) is, for example, 1.0 μm.

次に図17に示したように、酸素や水蒸気を含む雰囲気の1000℃程度の温度下で、セル配置領域20表面を酸化する。これにより、セル配置領域20におけるベース領域4、ソース領域3、p+コンタクト領域5およびトレンチ領域19の底面、側壁に熱酸化膜(SiO2)のゲート酸化膜6を形成する。ゲート酸化膜6の膜厚は、例えば50nmである。 Next, as shown in FIG. 17, the surface of the cell arrangement region 20 is oxidized at a temperature of about 1000 ° C. in an atmosphere containing oxygen and water vapor. Thereby, a gate oxide film 6 of a thermal oxide film (SiO 2 ) is formed on the bottom and side walls of the base region 4, the source region 3, the p + contact region 5 and the trench region 19 in the cell arrangement region 20. The film thickness of the gate oxide film 6 is, for example, 50 nm.

続いて図18に示すように、CVD法により、ゲート酸化膜6および酸化膜14上に、ドープトポリシリコン膜77を形成する。ドープトポリシリコン膜77の膜厚は、例えば200nm(=0.2μm)とする。   Subsequently, as shown in FIG. 18, a doped polysilicon film 77 is formed on the gate oxide film 6 and the oxide film 14 by the CVD method. The thickness of the doped polysilicon film 77 is, for example, 200 nm (= 0.2 μm).

この場合、トレンチ領域19の幅Dは例えば1.0μmであるため、トレンチ領域19はドープトポリシリコン膜77によって完全には充填されず、中央部に0.6μmの空隙が存在することになる。   In this case, since the width D of the trench region 19 is, for example, 1.0 μm, the trench region 19 is not completely filled with the doped polysilicon film 77, and a 0.6 μm gap exists in the center. .

さらに表面の清浄度を保ったまま、CVD法により、ドープトポリシリコン膜77上にWSix膜75を形成する(図19参照)。このドープトポリシリコン膜77とWSix膜75との積層膜によりゲート電極76が構成される。ここで、WSix膜75の組成を表すxの値は1.95とする。   Further, the WSix film 75 is formed on the doped polysilicon film 77 by the CVD method while maintaining the cleanliness of the surface (see FIG. 19). A gate electrode 76 is constituted by a laminated film of the doped polysilicon film 77 and the WSix film 75. Here, the value of x representing the composition of the WSix film 75 is 1.95.

WSixの組成は、CVD装置に導入するガスである6弗化タングステン(WF6)、シラン(SiH4)の流量比を変更することにより調整できる。WF6、SiH4ガスに加え、搬送用ガスとしてH2やN2などを加えてもよい。成膜時の温度は、例えば450℃とする。また膜厚は、トレンチ領域19が完全に充填される膜厚以上に設定する。実施の形態2では、400nm(0.4μm)とする。 The composition of WSix can be adjusted by changing the flow ratio of tungsten hexafluoride (WF 6 ) and silane (SiH 4 ), which are gases introduced into the CVD apparatus. In addition to WF 6 and SiH 4 gas, H 2 or N 2 may be added as a carrier gas. The temperature during film formation is 450 ° C., for example. The film thickness is set to be equal to or greater than the film thickness that completely fills the trench region 19. In Embodiment 2, it is set to 400 nm (0.4 μm).

これにより図19に示すように、トレンチ領域19がドープトポリシリコン膜77およびWSix膜75によって完全に充填される。ゲート電極の金属シリサイド膜(WSix膜75)の金属がトレンチ領域19に充分埋め込まれるため、さらにゲート電極の低抵抗化が可能なトレンチゲート電極構造のSiC−MOSFETが、低コストで製造できる。   Thereby, as shown in FIG. 19, trench region 19 is completely filled with doped polysilicon film 77 and WSix film 75. Since the metal of the metal silicide film (WSix film 75) of the gate electrode is sufficiently embedded in the trench region 19, a SiC-MOSFET having a trench gate electrode structure capable of further reducing the resistance of the gate electrode can be manufactured at low cost.

なお、WSix膜75の形成法としてスパッタ法を使用しても良いが、CVD法の方が段差被覆性(ステップカバレッジ)が良好であるため、実施の形態2ではCVD法を使用した。   A sputtering method may be used as a method of forming the WSix film 75. However, the CVD method has better step coverage (step coverage), and thus the CVD method is used in the second embodiment.

次に図20に示すように、写真製版により周辺領域21上にレジスト30を形成する。その後エッチング処理により、セル配置領域20上のWSix膜75とドープトポリシリコン膜77とを除去する。この工程により、トレンチ領域19以外のWSix膜75とドープトポリシリコン膜77とが除去される。   Next, as shown in FIG. 20, a resist 30 is formed on the peripheral region 21 by photolithography. Thereafter, the WSix film 75 and the doped polysilicon film 77 on the cell arrangement region 20 are removed by etching. By this step, the WSix film 75 and the doped polysilicon film 77 other than the trench region 19 are removed.

図21に、トレンチ領域19内にWSix膜75とドープトポリシリコン膜77とが充填され、ゲート電極76を構成している構造を示す。   FIG. 21 shows a structure in which the trench region 19 is filled with the WSix film 75 and the doped polysilicon film 77 to form the gate electrode 76.

この工程以降は実施の形態1と同様の工程によりMOSFETを作製する。   After this step, a MOSFET is manufactured by the same steps as in the first embodiment.

基板全面に層間絶縁膜8を形成し(図22)、写真製版処理とRIE(Reactive Ion Etching)エッチング処理により、セル配置領域20のソース領域3の一部とp+コンタクト領域5の上部とにソースコンタクトホール12を、周辺領域21のゲート電極76上部にゲートコンタクトホール13をそれぞれ形成する。   An interlayer insulating film 8 is formed on the entire surface of the substrate (FIG. 22), and a source is formed on part of the source region 3 in the cell arrangement region 20 and on the upper portion of the p + contact region 5 by photolithography and RIE (Reactive Ion Etching) etching. The contact hole 12 and the gate contact hole 13 are formed on the gate electrode 76 in the peripheral region 21.

ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13は同時に形成されている。当該エッチングにより、ソースコンタクトホール12の底面からは、ソース領域4の一部およびp+コンタクト領域5が露出している。また、ゲートコンタクトホール13の底面からは、ゲート電極76が露出している(図23)。   The source contact hole 12 and the gate contact hole 13 are formed simultaneously. By this etching, a part of the source region 4 and the p + contact region 5 are exposed from the bottom surface of the source contact hole 12. Further, the gate electrode 76 is exposed from the bottom surface of the gate contact hole 13 (FIG. 23).

次に、図24に示すように、基板全面に、スパッタ法により第1金属の膜であるニッケル(Ni)膜17を形成する。ニッケル(Ni)膜17の膜厚は、例えば50nmとする。その後、図24に示した構造体に対して、第1のアニール処理を施す。   Next, as shown in FIG. 24, a nickel (Ni) film 17 which is a first metal film is formed on the entire surface of the substrate by sputtering. The thickness of the nickel (Ni) film 17 is, for example, 50 nm. Thereafter, a first annealing process is performed on the structure shown in FIG.

これにより、図25に示すように、ソースコンタクトホール12の底面から露出した、ソース領域3上部およびp+コンタクト領域5上部に、NiSi2膜18を形成する。 As a result, as shown in FIG. 25, a NiSi 2 film 18 is formed on the source region 3 and the p + contact region 5 exposed from the bottom surface of the source contact hole 12.

当該第1のアニール処理は、例えば、RTA法により、温度300〜800℃で行う。当該第1のアニール処理により、ニッケル(Ni)膜17のニッケル(Ni)と、これに接するp+コンタクト領域5やソース領域3を構成する炭化珪素(SiC)とが反応して、NiSi2膜18が形成される。 The first annealing treatment is performed at a temperature of 300 to 800 ° C. by, for example, the RTA method. By the first annealing treatment, nickel (Ni) of the nickel (Ni) film 17 reacts with silicon carbide (SiC) constituting the p + contact region 5 and the source region 3 in contact with the NiSi 2 film 18. Is formed.

第1金属シリサイド膜としてのNiSi2膜18を形成した後、例えば、硫酸や塩酸を含む酸系の薬液で、NiSi2膜18を形成した構造を洗浄する。当該洗浄により、上記シリサイド化反応において未反応となったニッケル(Ni)膜17が除去される。当該未反応のニッケル(Ni)膜17除去後の様子を、図26に図示する。WSix膜75上にはNiSi2膜が形成されないために、ゲートコンタクトホール13にはNiSi2膜はない。 After the NiSi 2 film 18 as the first metal silicide film is formed, the structure in which the NiSi 2 film 18 is formed is cleaned with an acid chemical solution containing sulfuric acid or hydrochloric acid, for example. By the cleaning, the nickel (Ni) film 17 which has not been reacted in the silicidation reaction is removed. FIG. 26 shows the state after the unreacted nickel (Ni) film 17 is removed. Since the NiSi 2 film is not formed on the WSix film 75, the gate contact hole 13 has no NiSi 2 film.

その後、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面にドレイン電極9を形成する(図27参照)。当該ドレイン電極9の形成は、次の手順で行う。   Thereafter, drain electrode 9 is formed on the back surface of silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 (see FIG. 27). The drain electrode 9 is formed by the following procedure.

まず、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面に対してスパッタ法を施し、厚さが300nmのニッケル(Ni)膜を成膜する。次に、例えばRTA法で1000℃程度の第2のアニール処理を実施する。前述した理由により第2のアニール処理の時間は短い方が好ましい。これにより、ソースコンタクトホール12内のNiSi2膜18のコンタクト抵抗をさらに低下させることができる。 First, a sputtering method is performed on the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 to form a nickel (Ni) film having a thickness of 300 nm. Next, for example, a second annealing process at about 1000 ° C. is performed by the RTA method. For the reason described above, it is preferable that the second annealing treatment time is short. Thereby, the contact resistance of the NiSi 2 film 18 in the source contact hole 12 can be further reduced.

さらに、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面に形成した上述のニッケル(Ni)膜が、炭化珪素(SiC)半導体基板1裏面と反応してNiSi2膜も同時に形成され、これらの間にも低抵抗のオーミックコンタクトが実現される。こうして、炭化珪素(SiC)半導体基板1の裏面に、ニッケル(Ni)膜とNiSi2膜とからなるドレイン電極9が形成される(図27参照)。 Further, the nickel (Ni) film formed on the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 reacts with the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 to form a NiSi 2 film at the same time. Low resistance ohmic contact is realized. Thus, the drain electrode 9 composed of the nickel (Ni) film and the NiSi 2 film is formed on the back surface of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 (see FIG. 27).

次に、ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13を充填するように、層間絶縁膜8上に、膜厚が3μmのアルミニウム(Al)膜を形成する。その後、当該アルミニウム(Al)膜に対して、写真製版とエッチング処理とを施す。これにより、電極膜がパターニングされ、図28に示したように、外部出力ソース電極10と外部出力ゲート電極15とが形成される。   Next, an aluminum (Al) film having a thickness of 3 μm is formed on the interlayer insulating film 8 so as to fill the source contact hole 12 and the gate contact hole 13. Thereafter, photolithography and etching are performed on the aluminum (Al) film. As a result, the electrode film is patterned, and the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15 are formed as shown in FIG.

ここで、当該パターニングにより、外部出力ソース電極10と外部出力ゲート電極15とは、電気的に分離される。また、外部出力ソース電極10は、セル配置領域20に形成され、NiSi2膜18を介して、ソース領域3上部およびp+コンタクト領域5上部と電気的に接続される。これに対して、外部出力ゲート電極15は、周辺に形成され、ゲート電極76と電気的に接続される。 Here, the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15 are electrically separated by the patterning. The external output source electrode 10 is formed in the cell arrangement region 20 and is electrically connected to the upper portion of the source region 3 and the upper portion of the p + contact region 5 through the NiSi 2 film 18. On the other hand, the external output gate electrode 15 is formed in the periphery and is electrically connected to the gate electrode 76.

最後に、図29に示したように、スパッタ法により、ドレイン電極9上に膜厚が150nmの金(Au)膜を形成し、裏面接続電極11とする。これらの工程によりトレンチ構造MOSFETが製造される。   Finally, as shown in FIG. 29, a gold (Au) film having a film thickness of 150 nm is formed on the drain electrode 9 by sputtering to form the back connection electrode 11. Through these steps, a trench structure MOSFET is manufactured.

以上のように、本実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置では、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と同様、ソースコンタクトホール12内にNiSi2膜18を形成しており、ドープトポリシリコン膜77の上層に、シリコン(Si)よりもタングステン(W)の含有量が多い第2金属シリサイド膜としてのWSix膜75(x=1.95)を使用している。 As described above, in the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment, similarly to the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, the NiSi 2 film 18 is formed in the source contact hole 12, and the doped poly A WSix film 75 (x = 1.95) as a second metal silicide film having a tungsten (W) content higher than that of silicon (Si) is used as an upper layer of the silicon film 77.

すなわち、トレンチ領域19内は抵抗率の高いドープトポリシリコン膜だけでなく、抵抗率の低いWSix膜も充填されている。このためゲート電極76の抵抗を低減することができる。   That is, the trench region 19 is filled not only with a doped polysilicon film having a high resistivity but also with a WSix film having a low resistivity. For this reason, the resistance of the gate electrode 76 can be reduced.

またシリコン(Si)とニッケル(Ni)との結合エネルギーは、シリコン(Si)とタングステン(W)との結合エネルギーより小さい。このため、ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13を同時に開口してもWSix膜75上にNiSi2膜が形成されることがなく、ゲートコンタクト抵抗を低減することが可能である。 The bond energy between silicon (Si) and nickel (Ni) is smaller than the bond energy between silicon (Si) and tungsten (W). For this reason, even if the source contact hole 12 and the gate contact hole 13 are opened simultaneously, the NiSi 2 film is not formed on the WSix film 75, and the gate contact resistance can be reduced.

また実施の形態1と同様に、ソースコンタクトホール12およびゲートコンタクトホール13を同時に開口しているので、製造コストを削減した炭化珪素半導体装置を得ることができる。   Since the source contact hole 12 and the gate contact hole 13 are opened simultaneously as in the first embodiment, a silicon carbide semiconductor device with reduced manufacturing costs can be obtained.

また、本実施の形態2では、実施の形態1のJFET領域16の部分をトレンチ構造のゲート電極76に変更しているので、実施の形態1のJFET領域16の抵抗が無くなる。このため本実施の形態2では、実施の形態1よりもドレイン電流を向上させる、すなわちオン抵抗を低減させることが可能である。   In the second embodiment, since the portion of the JFET region 16 of the first embodiment is changed to the gate electrode 76 having the trench structure, the resistance of the JFET region 16 of the first embodiment is eliminated. Therefore, in the second embodiment, the drain current can be improved, that is, the on-resistance can be reduced as compared with the first embodiment.

また、本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、セル配置領域20および周辺領域21において形成されるゲート電極7が、CVD法により形成する工程であることで、段差被覆性(ステップカバレッジ)がより良好となる。   Further, according to the embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the gate electrode 7 formed in the cell arrangement region 20 and the peripheral region 21 is a step of forming by the CVD method, so that the step coverage is achieved. (Step coverage) becomes better.

<B−2.変形例>
なお、実施の形態1および2において、ドープトポリシリコン膜は第1導電型の不純物をドープしたポリシリコンを使用したが、ドープする不純物は第2導電型でも同様の効果を奏することは言うまでもない。MOSFETの閾値電圧(Vth)が所望の値になるようドープトポリシリコン膜の導電型を選択すればよい。
<B-2. Modification>
In the first and second embodiments, the doped polysilicon film uses polysilicon doped with the first conductivity type impurity, but it goes without saying that the doped impurity has the same effect even when the second conductivity type is used. . The conductivity type of the doped polysilicon film may be selected so that the threshold voltage (Vth) of the MOSFET becomes a desired value.

また、本発明においては、半導体素子が縦型のMOSFETである場合を開示しているが、例えば図3または図15または図29に示す炭化珪素(SiC)半導体基板1の導電型を第2導電型(P型)にした、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のセル領域を有する半導体素子を構成しても既述した本発明の効果が同様に奏される。従って、本発明の効力が及ぶ範囲は、MOSFETあるいはIGBT等のMOS構造を有するスイッチング素子としての半導体素子であると言える。   In the present invention, the case where the semiconductor element is a vertical MOSFET is disclosed. For example, the conductivity type of the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 shown in FIG. 3, FIG. 15, or FIG. Even if a semiconductor element having an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) cell region of a type (P type) is configured, the above-described effects of the present invention are similarly obtained. Therefore, it can be said that the scope of the present invention is a semiconductor element as a switching element having a MOS structure such as MOSFET or IGBT.

また、本発明においては、実施の形態1および2で記載したMOS構造を有する半導体素子自体を狭義の意味で「半導体装置」と定義する他、例えば、当該半導体素子を、当該半導体素子に対して逆並列に接続されるフリーホイールダイオード、および当該半導体素子のゲート電圧を生成/印加する制御回路等と共にリードフレームに搭載して封止して成るインバータモジュールのような、当該半導体素子を組み込んで応用してなるパワーモジュール自体をも、広義の意味で「半導体装置」と定義する。   In the present invention, the semiconductor element itself having the MOS structure described in the first and second embodiments is defined as a “semiconductor device” in a narrow sense. For example, the semiconductor element is Application by incorporating the semiconductor element, such as an inverter module that is mounted on a lead frame and sealed together with a freewheel diode connected in antiparallel and a control circuit that generates / applies the gate voltage of the semiconductor element. The power module itself is also defined as “semiconductor device” in a broad sense.

<B−3.効果>
本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、(i)ウェル領域としての各ベース領域4表層に、第1導電型のソース領域3を選択的に形成する工程の後、各ベース領域4の間のドリフト層2表層に、ベース領域4より深いトレンチ領域19を形成する工程をさらに備え、工程(d)が、トレンチ領域19内に、第1絶縁膜としてのゲート酸化膜6を介してゲート電極76を形成する工程であることで、実施の形態1における構造よりもドレイン電流を向上させる、すなわちオン抵抗を低減させることが可能である。
<B-3. Effect>
According to the embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, (i) after the step of selectively forming the first conductivity type source region 3 on the surface layer of each base region 4 as a well region, A step of forming a trench region 19 deeper than the base region 4 in the surface layer of the drift layer 2 between the base regions 4 is further provided, and the step (d) includes a gate oxide film as a first insulating film in the trench region 19. 6, the drain current can be improved, that is, the on-resistance can be reduced as compared with the structure in the first embodiment.

また、本発明にかかる実施の形態によれば、半導体装置において、セル配置領域20におけるゲート電極76が、ドリフト層2上のトレンチ領域19に形成されることで、実施の形態1における構造よりもドレイン電流を向上させる、すなわちオン抵抗を低減させることが可能である。   Further, according to the embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the gate electrode 76 in the cell arrangement region 20 is formed in the trench region 19 on the drift layer 2, so that the structure in the first embodiment is improved. The drain current can be improved, that is, the on-resistance can be reduced.

この発明は、例えばインバータのような電力変換器に適用して好適である。   The present invention is suitable for application to a power converter such as an inverter.

1 半導体基板、2 ドリフト層、3 ソース領域、4 ベース領域、5 p+コンタクト領域、6 ゲート酸化膜、7,74,76 ゲート電極、8 層間絶縁膜、9 ドレイン電極、10 外部出力ソース電極、11 裏面接続電極、12 ソースコンタクトホール、13 ゲートコンタクトホール、14 酸化膜、15 外部出力ゲート電極、16 JFET領域、17 ニッケル(Ni)膜、18 NiSi2膜、19 トレンチ領域、20 セル配置領域、21 周辺領域、30 レジスト、71,77 ドープトポリシリコン膜、72,75 WSix膜、73 ゲート配線。 1 semiconductor substrate, 2 drift layer, 3 source region, 4 base region, 5 p + contact region, 6 gate oxide film, 7, 74, 76 gate electrode, 8 interlayer insulating film, 9 drain electrode, 10 external output source electrode, 11 Back connection electrode, 12 source contact hole, 13 gate contact hole, 14 oxide film, 15 external output gate electrode, 16 JFET region, 17 nickel (Ni) film, 18 NiSi 2 film, 19 trench region, 20 cell placement region, 21 Peripheral region, 30 resist, 71, 77 doped polysilicon film, 72, 75 WSix film, 73 gate wiring.

Claims (9)

炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板上に形成された、炭化珪素半導体からなる第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層表層に選択的に複数形成された第2導電型のウェル領域と、
各前記ウェル領域表層に選択的に形成された第1導電型のソース領域とを備え、
前記ウェル領域が配置されたセル配置領域を平面視上囲む領域を、周辺領域とし、
前記セル配置領域においては、各前記ウェル領域に挟まれて第1絶縁膜を介して前記ドリフト層上に形成され、前記周辺領域においては、第2絶縁膜を介して前記ドリフト層上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を選択的に覆って形成された層間絶縁膜と、
前記セル配置領域において前記層間絶縁膜を覆って形成され、第1金属シリサイド膜を介して前記ソース領域と接続された、外部出力ソース電極と、
前記周辺領域において前記層間絶縁膜を覆って形成され、前記ゲート電極に接続された外部出力ゲート電極とをさらに備え、
前記ゲート電極の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜からなり、
前記第1金属シリサイド膜に含まれる第1金属とシリコンとの結合エネルギーが、前記第2金属シリサイド膜に含まれる第2金属とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、
前記第2金属シリサイド膜の組成MSix(Mは前記第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることを特徴とする、
半導体装置。
A silicon carbide semiconductor substrate;
The formed silicon carbide semiconductor substrate, a drift layer of a first conductivity type made of silicon carbide semiconductor,
A plurality of second conductivity type well regions selectively formed on the surface layer of the drift layer;
A first conductivity type source region selectively formed on each well region surface layer,
An area surrounding the cell arrangement area where the well area is arranged in plan view is a peripheral area,
The cell arrangement region is formed on the drift layer via a first insulating film sandwiched between the well regions, and the peripheral region is formed on the drift layer via a second insulating film. A gate electrode;
An interlayer insulating film formed to selectively cover the gate electrode;
An external output source electrode formed over the interlayer insulating film in the cell arrangement region and connected to the source region via a first metal silicide film;
An external output gate electrode formed to cover the interlayer insulating film in the peripheral region and connected to the gate electrode;
At least the upper layer of the gate electrode is made of a second metal silicide film,
The bond energy between the first metal contained in the first metal silicide film and silicon is smaller than the bond energy between the silicon and the second metal contained in the second metal silicide film;
In the composition MSix of the second metal silicide film (M represents the second metal), x is 1.5 or more and less than 2.0,
Semiconductor device.
前記第2金属シリサイド膜の組成が、WSixであることを特徴とする、
請求項1に記載の半導体装置。
The composition of the second metal silicide film is WSix,
The semiconductor device according to claim 1.
前記セル配置領域における前記ゲート電極が、前記ドリフト層上のトレンチ領域に形成されることを特徴とする、
請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
The gate electrode in the cell arrangement region is formed in a trench region on the drift layer,
The semiconductor device according to claim 1 or 2.
前記ゲート電極の全層が、前記第2金属シリサイド膜からなることを特徴とする、
請求項1から請求項のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。
The whole layer of the gate electrode is made of the second metal silicide film,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3.
(a)炭化珪素半導体基板上に、炭化珪素半導体からなる第1の導電型のドリフト層を形成する工程と、
(b)前記ドリフト層表層に、第2導電型のウェル領域を選択的に複数形成する工程と、
(c)前記ウェル領域表層に、第1導電型のソース領域を選択的に形成する工程と、
(d)前記ウェル領域が配置されたセル配置領域を平面視上囲む領域を、周辺領域とし、前記セル配置領域においては、前記ドリフト層上に、各前記ウェル領域に挟まれたゲート電極を第1絶縁膜を介して形成し、前記周辺領域においては、前記ドリフト層上に、前記ゲート電極を第2絶縁膜を介して形成する工程と、
(e)前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
(f)前記ソース領域および前記ゲート電極と接続されるコンタクトホールをそれぞれ同時に形成する工程と、
(g)各前記コンタクトホールにおいて第1金属を形成し、当該第1金属を熱処理することにより、前記ソース領域上において第1金属シリサイド膜を形成する工程と、
(h)前記セル配置領域において前記層間絶縁膜を覆い、前記第1金属シリサイド膜を介して前記ソース領域と接続された外部出力ソース電極と、前記周辺領域において前記層間絶縁膜を覆い、前記ゲート電極に接続された外部出力ゲート電極とを形成する工程とを備え、
前記ゲート電極の少なくとも上層は、第2金属シリサイド膜からなり、
前記第1金属シリサイド膜に含まれる前記第1金属とシリコンとの結合エネルギーが、前記第2金属シリサイド膜に含まれる第2金属とのシリコンとの結合エネルギーよりも小さく、
前記第2金属シリサイド膜の組成MSix(Mは前記第2金属を示す)において、xが1.5以上2.0未満であることを特徴とする、
半導体装置の製造方法。
(A) forming a drift layer of a first conductivity type made of a silicon carbide semiconductor on a silicon carbide semiconductor substrate;
(B) selectively forming a plurality of second conductivity type well regions on the surface of the drift layer;
(C) selectively forming a first conductivity type source region on the surface of the well region;
(D) A region surrounding the cell arrangement region in which the well region is arranged in plan view is defined as a peripheral region, and in the cell arrangement region, a gate electrode sandwiched between the well regions is formed on the drift layer. Forming the gate electrode on the drift layer via the second insulating film in the peripheral region; and
(E) forming an interlayer insulating film covering the gate electrode;
(F) simultaneously forming contact holes connected to the source region and the gate electrode,
(G) forming a first metal in each contact hole, and heat-treating the first metal to form a first metal silicide film on the source region;
(H) an external output source electrode that covers the interlayer insulating film in the cell arrangement region and is connected to the source region via the first metal silicide film; and the interlayer insulating film in the peripheral region; Forming an external output gate electrode connected to the electrode,
At least the upper layer of the gate electrode is made of a second metal silicide film,
The bond energy between the first metal contained in the first metal silicide film and silicon is smaller than the bond energy between silicon and the second metal contained in the second metal silicide film;
In the composition MSix of the second metal silicide film (M represents the second metal), x is 1.5 or more and less than 2.0,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(d)において形成される前記ゲート電極上層の前記第2金属シリサイド膜の組成が、WSixであることを特徴とする、
請求項に記載の半導体装置の製造方法。
The composition of the second metal silicide film on the gate electrode upper layer formed in the step (d) is WSix,
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5 .
前記工程(d)が、前記ゲート電極をCVD法により形成する工程であることを特徴とする、
請求項または請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
The step (d) is a step of forming the gate electrode by a CVD method.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5 .
(i)前記工程(c)の後、各前記ウェル領域の間の前記ドリフト層表層に、前記ウェル領域より深いトレンチ領域を形成する工程をさらに備え、
前記工程(d)が、前記トレンチ領域内に、前記第1絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程であることを特徴とする、
請求項5から請求項7うちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(I) after the step (c), further comprising a step of forming a trench region deeper than the well region in the surface layer of the drift layer between the well regions;
The step (d) is a step of forming a gate electrode in the trench region via the first insulating film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 7 claims 5.
前記工程(d)において形成される前記ゲート電極の全層が、前記第2金属シリサイド膜からなることを特徴とする、
請求項5から請求項8うちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The whole layer of the gate electrode formed in the step (d) is composed of the second metal silicide film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to item 1 any of claims 8 claims 5.
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