JP6053968B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は半導体基板として炭化珪素半導体を用いた炭化珪素半導体装置に関する。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device using a silicon carbide semiconductor as a semiconductor substrate.

パワーエレクトロニクス機器では、電気モータなどの負荷を駆動するための電力供給の実行と停止を切り替える手段として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)およびMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのスイッチングデバイスや、ショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode )、pnダイオードなどの整流素子(rectifier)が使用されている。また、バイポーラ接合トランジスタ( BJT:Bipolar Junction Transistor ) 、サイリスタ、GTO(gate turn off thyristor)なども使用される。   In power electronics equipment, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are used as means for switching between running and stopping power supply to drive loads such as electric motors. Switching devices, schottky barrier diodes (SBDs), rectifiers such as pn diodes are used. Further, a bipolar junction transistor (BJT), a thyristor, a GTO (gate turn off thyristor), or the like is also used.

炭化珪素(SiC)半導体は、シリコン(Si)半導体より広いワイドバンドギャップを有し、SiC半導体を用いたSiC半導体装置は、Si半導体を用いたSi半導体装置と比較して、耐圧性に優れ、許容電流密度も高く、また耐熱性も高いため高温動作も可能である。従って、SiC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。   The silicon carbide (SiC) semiconductor has a wider band gap than the silicon (Si) semiconductor, and the SiC semiconductor device using the SiC semiconductor has superior pressure resistance compared to the Si semiconductor device using the Si semiconductor, The allowable current density is high and the heat resistance is high, so high temperature operation is possible. Accordingly, SiC semiconductor devices are being developed as next-generation power semiconductor devices.

現在、SiC半導体装置の分野では、さらなる低損失化の実現を目指して低抵抗SiC半導体装置の開発が精力的に行われている。   At present, in the field of SiC semiconductor devices, development of low-resistance SiC semiconductor devices is energetically aimed at realizing further reduction in loss.

SiC半導体装置において、動作時にキャリアがSiC基板を通過して縦方向に移動するデバイスでは、SiC半導体基板の裏面にも電極を設ける必要があり、基板裏面側のSiC(ドレイン)と裏面側電極との間のコンタクト抵抗を低抵抗にすることが求められている。   In a device in which carriers move in the vertical direction through the SiC substrate during operation in the SiC semiconductor device, it is necessary to provide an electrode also on the back surface of the SiC semiconductor substrate. SiC (drain) on the back surface side of the substrate, The contact resistance between the two is required to be low.

低抵抗でのコンタクトを実現するために、SiCのドレインと金属で形成される裏面側電極との間に金属とシリコン(Si)との化合物である金属シリサイドを形成する構成が採られている。   In order to realize a contact with low resistance, a configuration is adopted in which metal silicide, which is a compound of metal and silicon (Si), is formed between the SiC drain and the back-side electrode formed of metal.

SiC半導体装置のさらなる低抵抗化のために、SiC基板を薄板化して素子抵抗を低減させる構成も採られている。SiC基板を薄板化するSiC半導体装置の製造方法では、薄いSiC基板の状態での製造工程数を削減することが望ましい。すなわち、薄いSiC基板の状態での製造工程においては、SiC基板が割れる確率が増大するからである。そのため、裏面とは反対側の表面側の構造を形成した後にSiC基板を薄板化し、その後に裏面側の構造を形成することが望ましい。   In order to further reduce the resistance of the SiC semiconductor device, a configuration has been adopted in which the element resistance is reduced by reducing the thickness of the SiC substrate. In the method of manufacturing an SiC semiconductor device in which the SiC substrate is thinned, it is desirable to reduce the number of manufacturing steps in the state of the thin SiC substrate. That is, in the manufacturing process in the state of a thin SiC substrate, the probability that the SiC substrate breaks increases. For this reason, it is desirable to thin the SiC substrate after forming the structure on the surface opposite to the back surface, and then form the structure on the back surface side.

この製造工程で裏面側の構造を形成する場合、表面側の構造は低温を保ち、裏面側だけ1000℃程度の高温でアニールすることでオーミック接続を実現したオーミック電極を形成する必要がある。   When forming the structure on the back surface side in this manufacturing process, it is necessary to form an ohmic electrode that realizes ohmic connection by keeping the structure on the front surface side at a low temperature and annealing only the back surface side at a high temperature of about 1000 ° C.

このためには、例えば、短パルスレーザを用いた局部的な加熱を行うレーザアニールが考えられる。   For this purpose, for example, laser annealing which performs local heating using a short pulse laser can be considered.

SiC半導体基板に対してレーザアニールを用いたオーミック電極の形成方法は、例えば、特許文献1により開示されている。この方法では、まずSiC基板の裏面を研磨により薄板化する。その際、SiC基板の裏面に凹凸を形成するように研磨する。   A method for forming an ohmic electrode using laser annealing on a SiC semiconductor substrate is disclosed, for example, in Patent Document 1. In this method, first, the back surface of the SiC substrate is thinned by polishing. At that time, polishing is performed so as to form irregularities on the back surface of the SiC substrate.

次にSiC基板の裏面にニッケル(Ni)膜を堆積した後、ニッケル膜にレーザ光を照射してニッケル膜を加熱する。これにより、ニッケル膜とSiC半導体基板との界面でニッケルシリサイド(NiSi)層が形成される。ニッケルシリサイド層はSiC半導体基板に比べてオーミック性に優れており、ニッケルシリサイド層はオーミック電極となる。   Next, after a nickel (Ni) film is deposited on the back surface of the SiC substrate, the nickel film is heated by irradiating the nickel film with laser light. Thereby, a nickel silicide (NiSi) layer is formed at the interface between the nickel film and the SiC semiconductor substrate. The nickel silicide layer is more ohmic than the SiC semiconductor substrate, and the nickel silicide layer becomes an ohmic electrode.

特許文献2では、SiC基板の裏面にニッケル膜およびチタン(Ti)膜を堆積する。この膜を1050℃、2分の短時間熱処理(RTA:Rapid Thermal Anneal)を行うことでニッケル膜とSiC半導体基板との界面でニッケルシリサイド層を形成する技術が開示されている。なお、Ti膜は、ニッケルシリサイド形成時のSiC中の炭素(C)と反応してチタンカーバイド(TiC)層を形成する。このときのニッケルシリサイド層はオーミック電極となり、TiC層は、この工程の後で裏面上に堆積される金属層とニッケルシリサイド層との密着性を向上させる役目を果たす。   In Patent Document 2, a nickel film and a titanium (Ti) film are deposited on the back surface of the SiC substrate. A technique is disclosed in which a nickel silicide layer is formed at the interface between the nickel film and the SiC semiconductor substrate by performing rapid thermal annealing (RTA) at 1050 ° C. for 2 minutes. The Ti film reacts with carbon (C) in SiC at the time of nickel silicide formation to form a titanium carbide (TiC) layer. The nickel silicide layer at this time serves as an ohmic electrode, and the TiC layer serves to improve the adhesion between the metal layer deposited on the back surface after this step and the nickel silicide layer.

特許文献3では、SiC基板の裏面に不純物(リン:P)を含んだ金属(ニッケルまたはモリブデン:Mo)膜を堆積し、この膜にレーザ光を照射することで、金属シリサイド膜が形成される際に、リンがSiC基板に拡散し、低抵抗の裏面側電極を技術が開示されている。   In Patent Document 3, a metal (nickel or molybdenum: Mo) film containing an impurity (phosphorus: P) is deposited on the back surface of a SiC substrate, and this film is irradiated with laser light to form a metal silicide film. At the same time, phosphorus is diffused into the SiC substrate, and a technology for a low resistance backside electrode is disclosed.

特許文献4では、レーザアニールは使用していないが、SiC基板の裏面にシリコン層とニッケル層を堆積して熱処理を行うことで、シリコンが高濃度に含まれた、シリコンリッチのニッケルシリサイド層が形成され、低抵抗の裏面側電極を得る技術が開示されている。   In Patent Document 4, although laser annealing is not used, a silicon-rich nickel silicide layer containing silicon at a high concentration is formed by depositing a silicon layer and a nickel layer on the back surface of the SiC substrate and performing heat treatment. A technique for forming a low-resistance, back-side electrode is disclosed.

特表2008−135611号公報Special table 2008-135611 gazette 特開2012−248729号公報JP 2012-248729 A 特開2013−214657号公報JP 2013-214657 A 特表2008−506258号公報Special table 2008-506258

特許文献1に開示される半導体装置の製造方法においては、金属シリサイド層を形成するSiC基板の裏面に凹凸を形成しているが、裏面の凹凸は研磨工程で形成している。一定の周期と深さの凹凸を形成するためには研磨の工程が複雑になり、スループットの減少などのコスト上昇を招く可能性がある。   In the method of manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1, irregularities are formed on the back surface of the SiC substrate on which the metal silicide layer is formed, but the irregularities on the back surface are formed in the polishing process. In order to form irregularities with a constant period and depth, the polishing process becomes complicated, which may lead to an increase in cost such as a reduction in throughput.

特許文献2に開示されるSiC半導体デバイスおよびその製造方法においては、NiとTiの膜を堆積してニッケルシリサイド層およびTiC層を形成しており、特許文献4に開示される、シリコンリッチのニッケルシリサイド層は、SiとNiの層を堆積してNiSi層を形成している。これらのSiC半導体デバイスではニッケルの他に、Ti膜やSi膜を堆積する工程が必要になり、コスト上昇を招くと考えられる。   In the SiC semiconductor device and its manufacturing method disclosed in Patent Document 2, a nickel silicide layer and a TiC layer are formed by depositing Ni and Ti films. The silicon-rich nickel disclosed in Patent Document 4 The silicide layer is formed by depositing Si and Ni layers to form a NiSi layer. In these SiC semiconductor devices, a step of depositing a Ti film or a Si film in addition to nickel is required, which is considered to cause an increase in cost.

また、特許文献3に開示されるSiCデバイスおよびその製造方法においては、スパッタ装置に、Pなどの不純物を含む金属のターゲットを備えた製造装置を別途用意する必要があり、これもコスト上昇の要因となる。   Further, in the SiC device and the manufacturing method disclosed in Patent Document 3, it is necessary to separately prepare a manufacturing apparatus provided with a metal target containing impurities such as P in the sputtering apparatus, which is also a factor of an increase in cost. It becomes.

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、SiC基板を用いた炭化珪素半導体装置において、SiC基板の裏面に低抵抗で低コストのオーミック電極を備えた炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and in a silicon carbide semiconductor device using a SiC substrate, a silicon carbide semiconductor device having a low-resistance and low-cost ohmic electrode on the back surface of the SiC substrate. The purpose is to provide.

本発明に係る炭化珪素半導体装置は、厚さが150μm以下の炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板の第1の主面上に配設された半導体層と、前記半導体層上に設けられた第1の電極と、前記炭化珪素半導体基板の前記第1の主面とは反対側の第2の主面上に設けられた第2の電極と、を備え、前記炭化珪素半導体基板に対して垂直な方向に主電流が流れる炭化珪素半導体装置であって、前記第2の電極は、前記炭化珪素半導体基板側から順に、炭素層、金属シリサイド層および金属膜が積層された積層構造を有し、前記金属シリサイド層に包まれて、炭素が凝集した直径100〜200nmの複数の炭素凝集体が散在している。
A silicon carbide semiconductor device according to the present invention is provided on a silicon carbide semiconductor substrate having a thickness of 150 μm or less, a semiconductor layer disposed on a first main surface of the silicon carbide semiconductor substrate, and the semiconductor layer. A first electrode and a second electrode provided on a second main surface opposite to the first main surface of the silicon carbide semiconductor substrate, the silicon carbide semiconductor substrate The second electrode has a stacked structure in which a carbon layer, a metal silicide layer, and a metal film are stacked in this order from the silicon carbide semiconductor substrate side. In addition, a plurality of carbon aggregates having a diameter of 100 to 200 nm in which carbon is aggregated are scattered in the metal silicide layer.

本発明に係る炭化珪素半導体装置によれば、金属シリサイド層中に、炭素凝集体が散在した構成となっているので低抵抗となり、炭化珪素半導体基板との間でオーミック接続となった第2の電極を備えた炭化珪素半導体装置が得られる。また、第2の電極は、炭素層、金属シリサイド層および金属膜で構成されるのでコスト的に安価であり、低コストで炭化珪素半導体装置が得られる。   According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, since the carbon agglomerates are scattered in the metal silicide layer, the resistance is low and the second ohmic connection with the silicon carbide semiconductor substrate is achieved. A silicon carbide semiconductor device provided with an electrode is obtained. In addition, since the second electrode is composed of a carbon layer, a metal silicide layer, and a metal film, it is inexpensive in cost, and a silicon carbide semiconductor device can be obtained at low cost.

本発明に係る炭化珪素半導体装置の上面図である。1 is a top view of a silicon carbide semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る炭化珪素半導体装置の半導体基板の主面内に形成された各不純物領域を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically each impurity region formed in the main surface of the semiconductor substrate of the silicon carbide semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の裏面側断面図である。It is a back surface side sectional view of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 concerning the present invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. レーザアニール装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a laser annealing apparatus. レーザ光の走査方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed the scanning method of the laser beam typically. レーザ光の照射が完了したSiC基板の裏面側の断面図である。It is sectional drawing of the back surface side of the SiC substrate which irradiation of the laser beam was completed. レーザアニールの条件を説明する図である。It is a figure explaining the conditions of laser annealing. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. レーザパルスの波形図である。It is a wave form diagram of a laser pulse. 本発明に係る実施の形態2の製造方法で使用するレーザアニール装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser annealing apparatus used with the manufacturing method of Embodiment 2 which concerns on this invention. ショットキーバリアダイオードの断面図である。It is sectional drawing of a Schottky barrier diode.

(はじめに)
「MOS」という用語は、古くは金属/酸化物/半導体の接合構造に用いられており、Metal-Oxide-Semiconductorの頭文字を採ったものとされている。しかしながら特にMOS構造を有する電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」と称す)においては、近年の集積化や製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜やゲート電極の材料が改善されている。
(Introduction)
The term “MOS” has been used in the past for metal / oxide / semiconductor junctions, and is taken from the acronym Metal-Oxide-Semiconductor. However, in particular, in a field effect transistor having a MOS structure (hereinafter, simply referred to as “MOS transistor”), materials for a gate insulating film and a gate electrode have been improved from the viewpoint of recent integration and improvement of a manufacturing process.

例えばMOSトランジスタにおいては、主としてソース・ドレインを自己整合的に形成する観点から、ゲート電極の材料として金属の代わりに多結晶シリコンが採用されてきている。また電気的特性を改善する観点から、ゲート絶縁膜の材料として高誘電率の材料が採用されるが、当該材料は必ずしも酸化物には限定されない。   For example, in a MOS transistor, polycrystalline silicon has been adopted instead of metal as a material of a gate electrode mainly from the viewpoint of forming a source / drain in a self-aligned manner. From the viewpoint of improving electrical characteristics, a material having a high dielectric constant is adopted as a material for the gate insulating film, but the material is not necessarily limited to an oxide.

従って「MOS」という用語は必ずしも金属/酸化物/半導体の積層構造のみに限定されて採用されているわけではなく、本明細書でもそのような限定を前提としない。すなわち、技術常識に鑑みて、ここでは「MOS」とはその語源に起因した略語としてのみならず、広く導電体/絶縁体/半導体の積層構造をも含む意義を有する。   Therefore, the term “MOS” is not necessarily limited to the metal / oxide / semiconductor stacked structure, and is not presumed in this specification. That is, in view of the common general knowledge, “MOS” is not only an abbreviation derived from the word source, but also has a meaning including widely a laminated structure of a conductor / insulator / semiconductor.

また、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。   Further, in the following description, regarding the conductivity type of impurities, the n-type is generally defined as “first conductivity type” and the p-type is defined as “second conductivity type”, but the opposite definition may be used.

(実施の形態1)
(装置構成)
(全体構成)
図1は、本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置、より具体的には、SiC基板上に形成されたMOS構造を有する電界効果トランジスタ(炭化珪素MOSFET)100の上面構成を模式的に示す平面図である。
(Embodiment 1)
(Device configuration)
(overall structure)
FIG. 1 schematically shows a top surface configuration of a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, more specifically, a field effect transistor (silicon carbide MOSFET) 100 having a MOS structure formed on a SiC substrate. FIG.

図1に示すように、炭化珪素MOSFET100は四角形状の外形を有するチップ40の主面の中央部に、「ユニットセル」と呼称されるMOSの最小単位構造が複数配列されたセル配列領域20が設けられ、セル配列領域20の外方を囲むようにゲート配線15aが設けられている。   As shown in FIG. 1, the silicon carbide MOSFET 100 has a cell array region 20 in which a plurality of MOS minimum unit structures called “unit cells” are arrayed at the center of the main surface of a chip 40 having a rectangular outer shape. A gate wiring 15 a is provided so as to surround the outside of the cell array region 20.

セル配列領域20の平面視形状は、一辺の中央部が内側に凹んだ四角形をなし、セル配列領域20の内側に凹んだ部分に入り込むように、周囲のゲート配線15aから延在するゲートパッド21が設けられている。なお、セル配列領域20とゲートパッド21およびゲート配線15aとは離間している。   The planar view shape of the cell array region 20 is a square with a central portion of one side recessed inward, and a gate pad 21 extending from the surrounding gate wiring 15a so as to enter a recessed portion inside the cell array region 20. Is provided. Note that the cell array region 20 is separated from the gate pad 21 and the gate wiring 15a.

ゲートパッド21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が形成されており、ここに印加されたゲート電圧は、ゲート配線15aを通じてユニットセルのゲート電極(図示せず)に供給される。   An external output gate electrode 15 to which a gate voltage is applied from an external control circuit (not shown) is formed on the gate pad 21, and the gate voltage applied thereto is supplied to the gate of the unit cell through the gate wiring 15a. It is supplied to an electrode (not shown).

また、セル配列領域20には、各ユニットセルのソース電極(図示せず)を並列に接続する外部出力ソース電極10が形成されている。   In the cell array region 20, an external output source electrode 10 for connecting the source electrodes (not shown) of the unit cells in parallel is formed.

なお、チップ40の最上部は図示されない保護膜で覆われているが、ゲートパッド21およびセル配列領域20においては、それぞれ外部出力ゲート電極15および外部出力ソース電極10の上方に矩形の開口部OPが設けられており、その開口部OPを介して、外部の制御回路(図示せず)および外部の電力線(図示せず)に接続される。   Although the uppermost part of the chip 40 is covered with a protective film (not shown), in the gate pad 21 and the cell array region 20, a rectangular opening OP is provided above the external output gate electrode 15 and the external output source electrode 10, respectively. And is connected to an external control circuit (not shown) and an external power line (not shown) through the opening OP.

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併せて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、本発明の構成および効果とは関係が薄いので、説明および図示は省略する。   Note that in ordinary products, electrodes for temperature sensors and current sensors are often formed together, but the presence or absence of these electrodes is not related to the configuration and effects of the present invention. And illustration is abbreviate | omitted.

また、ゲートパッド21の位置、個数、ゲート配線15aの形状およびセル配列領域20の形状、個数等もMOSFETによっては多種多様であるが、それらも、本発明の構成および効果とは関係が薄いので、説明および図示は省略する。   Further, the position and number of the gate pads 21, the shape of the gate wiring 15a and the shape and number of the cell array region 20 vary depending on the MOSFET, but they are also not related to the configuration and effects of the present invention. Explanation and illustration are omitted.

図2は、図1に示す領域PRの表面近傍の構成を模式的に示す平面図である。領域PRは、セル配列領域20のゲートパッド21側の端縁部の一部と、それに対向するゲートパッド21の端縁部の一部とに渡る領域を規定している。   FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration in the vicinity of the surface of the region PR shown in FIG. The region PR defines a region extending over a part of the edge portion on the gate pad 21 side of the cell array region 20 and a part of the edge portion of the gate pad 21 facing the region PR.

ここで、セル配列領域20には、複数のユニットセルUC(ここでは縦型MOSFETのユニットセル)がマトリクス状に配列されているが、ゲートパッド21にはユニットセルは配置されず、複数のゲートコンタクトホール13がマトリクス状に配列されている。   Here, in the cell arrangement region 20, a plurality of unit cells UC (here, vertical MOSFET unit cells) are arranged in a matrix, but no unit cell is arranged on the gate pad 21, and a plurality of gate cells are arranged. Contact holes 13 are arranged in a matrix.

なお、図2では、セル配列領域20において、ユニットセルUCは左右上下に3×3行列で配列された例を示したが、これはセル配列領域20の一部を示しただけであり、セル配列領域20全体では、さらに多くのユニットセルが配列される。   2 shows an example in which the unit cells UC are arranged in a 3 × 3 matrix in the left and right and up and down directions in the cell arrangement area 20, but this shows only a part of the cell arrangement area 20. More unit cells are arranged in the entire arrangement region 20.

図2に示すように、ユニットセルUCの平面視形状は、外形が略四角形のウェルコンタクト領域5の周囲をソース領域3が囲み、さらにその外周はウェル領域4によって囲まれている。なお、ウェルコンタクト領域5とその周囲のソース領域3の一部に接触するようにソースコンタクトホール12が設けられ、ウェルコンタクト領域5はシリサイド層17とソースコンタクトホール12とを介して、上方の外部出力ソース電極10(ハッチングを付されている)に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the unit cell UC has a planar view shape in which the source region 3 surrounds the well contact region 5 whose outer shape is substantially rectangular, and the outer periphery thereof is surrounded by the well region 4. Note that a source contact hole 12 is provided so as to be in contact with the well contact region 5 and a part of the surrounding source region 3. It is electrically connected to the output source electrode 10 (hatched).

また、ゲートパッド21はフィールド酸化膜14上に設けられ、ゲートパッド21とセル配列領域20との間には、フィールド酸化膜14とフィールド酸化膜14の端縁から延在するゲート酸化膜6が存在している。なお、図示されないゲート電極は、ゲートコンタクトホール13を介して、上方の外部出力ゲート電極15(ハッチングを付されている)に電気的に接続されている。   The gate pad 21 is provided on the field oxide film 14, and the gate oxide film 6 extending from the edge of the field oxide film 14 and the field oxide film 14 is interposed between the gate pad 21 and the cell array region 20. Existing. A gate electrode (not shown) is electrically connected to the upper external output gate electrode 15 (hatched) via the gate contact hole 13.

次に、図2に示すA−A線での断面構成を、図3に示す断面図を用いて説明する。図3に示すように、炭化珪素MOSFET100は、n型(第1導電型)不純物を比較的高濃度(n)に含むSiC基板1上に形成されている。なお、SiC基板1は、その厚さが150μm以下まで薄板化されている。Next, a cross-sectional configuration taken along line AA shown in FIG. 2 will be described using the cross-sectional view shown in FIG. As shown in FIG. 3, silicon carbide MOSFET 100 is formed on SiC substrate 1 containing an n-type (first conductivity type) impurity at a relatively high concentration (n + ). The SiC substrate 1 is thinned to a thickness of 150 μm or less.

SiC基板1の主面上には、n型不純物を比較的低濃度(n)に含む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、例えばエピタキシャル成長により形成される。On the main surface of SiC substrate 1, drift layer 2 which is a semiconductor layer containing an n-type impurity at a relatively low concentration (n ) is formed. The drift layer 2 is formed by, for example, epitaxial growth.

ドリフト層2の上層部には、p型(第2導電型)不純物を含むウェル領域4が選択的に複数形成されており、それぞれのウェル領域4の上層部には、p型不純物を比較的高濃度(p)に含むウェルコンタクト領域5が選択的に形成されている。そして、ウェルコンタクト領域5を囲むようにnのソース領域3(電流出力領域)が形成されている。A plurality of well regions 4 containing p-type (second conductivity type) impurities are selectively formed in the upper layer portion of the drift layer 2, and p-type impurities are relatively formed in the upper layer portion of each well region 4. Well contact regions 5 included at a high concentration (p + ) are selectively formed. An n + source region 3 (current output region) is formed so as to surround the well contact region 5.

なお、ソース領域3およびウェル領域4は、図2を用いて説明したように平面視的にコンタクト領域5を同心状に囲むように形成され、ウェル領域4のドリフト層2の最表面からの深さは、ソース領域3およびウェルコンタクト領域5のドリフト層2の最表面からの深さよりも深く形成され、ウェルコンタクト領域5はウェル領域4に接するように形成されている。   Note that the source region 3 and the well region 4 are formed so as to concentrically surround the contact region 5 in plan view as described with reference to FIG. 2, and the depth from the outermost surface of the drift layer 2 in the well region 4. The source region 3 and the well contact region 5 are formed deeper than the depth from the outermost surface of the drift layer 2, and the well contact region 5 is formed in contact with the well region 4.

セル配列領域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、ゲート酸化膜6上にはゲート電極7が形成されている。また、ゲートパッド21においては、ドリフト層2の上には、ゲート酸化膜6よりも厚いフィールド酸化膜14が形成され、ゲート酸化膜6上からフィールド酸化膜14上にかけて、リン(P)を含んだ多結晶シリコン膜でゲート電極7が形成されている。すなわち、ゲート電極7は、セル配列領域20では、ウェル領域4間の上部にゲート酸化膜6を介して設けられるが、ゲートパッド21からセル配列領域20にかけては、フィールド酸化膜14の上からゲート酸化膜6上にかけて形成されている。なお、図2に示した平面図は、図3におけるB−B線での矢視方向の平面構成を示している。   In the cell arrangement region 20, a gate oxide film 6 is selectively formed on the drift layer 2, and a gate electrode 7 is formed on the gate oxide film 6. In the gate pad 21, a field oxide film 14 thicker than the gate oxide film 6 is formed on the drift layer 2, and contains phosphorus (P) from the gate oxide film 6 to the field oxide film 14. The gate electrode 7 is formed of a polycrystalline silicon film. That is, the gate electrode 7 is provided above the well region 4 via the gate oxide film 6 in the cell array region 20, but from the gate oxide 21 to the cell array region 20, the gate electrode 7 is gated from above the field oxide film 14. It is formed over the oxide film 6. Note that the plan view shown in FIG. 2 shows a planar configuration in the direction of the arrow along line BB in FIG.

SiC基板1の裏面(ドリフト層2が設けられた側とは反対の主面)上には、炭素膜とシリサイド膜との積層構造のドレイン電極9が形成されている。なお、図3では、便宜的に単層構造のように示している。そして、ドレイン電極9上には、例えばニッケル(Ni)膜と金(Au)膜の積層膜で構成される裏面接続電極11が形成されている。なお、図3では、便宜的に単層構造のように示している。   On the back surface of SiC substrate 1 (the main surface opposite to the side on which drift layer 2 is provided), drain electrode 9 having a laminated structure of a carbon film and a silicide film is formed. In FIG. 3, a single layer structure is shown for convenience. On the drain electrode 9, a back surface connection electrode 11 made of a laminated film of, for example, a nickel (Ni) film and a gold (Au) film is formed. In FIG. 3, a single layer structure is shown for convenience.

ここで、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に電圧を印加していない場合には、ゲート電極7直下のウェル領域4にはチャネルが形成されない。つまり、当該電圧印加状況の場合には、炭化珪素MOSFET100には電子が流れないオフ状態となる。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と、ゲート電極7直下のウェル領域4にチャネルが形成され、ソース領域3からチャネル領域(ウェル領域4)、JFET領域16、ドリフト層2、SiC基板1、ドレイン電極9を通る経路で電子が流れる。つまり、炭化珪素MOSFET100は外部出力ソース電極10からドレイン電極9に向けて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・オフが制御されることとなる。   Here, even when 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, a channel is formed in the well region 4 immediately below the gate electrode 7. Is not formed. That is, in the case of the voltage application state, the silicon carbide MOSFET 100 is in an off state in which electrons do not flow. On the other hand, when 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, a channel is formed in the well region 4 immediately below the gate electrode 7, Electrons flow from the source region 3 through a channel region (well region 4), JFET region 16, drift layer 2, SiC substrate 1, and drain electrode 9. That is, silicon carbide MOSFET 100 is turned on so that electrons flow from external output source electrode 10 toward drain electrode 9. Thus, the on / off of the current is controlled by the gate voltage applied to the gate electrode 7.

ゲート酸化膜6は、ドリフト層2の主面上のほぼ全面を覆うように形成されているが、ウェルコンタクト領域5上から、その周囲のソース領域3の一部上部にかけてはシリサイド層17が形成されており、ゲート酸化膜6は設けられていない。また、ゲートパッド21の形成領域は、ゲート酸化膜6の代わりにフィールド酸化膜14が設けられている。ゲート酸化膜6とフィールド酸化膜14とを総称して「絶縁膜」とする場合もある。   The gate oxide film 6 is formed so as to cover almost the entire main surface of the drift layer 2, but a silicide layer 17 is formed from the well contact region 5 to a part of the source region 3 around the well contact region 5. The gate oxide film 6 is not provided. A field oxide film 14 is provided in the formation region of the gate pad 21 instead of the gate oxide film 6. The gate oxide film 6 and the field oxide film 14 may be collectively referred to as “insulating film”.

そして、JFET領域16上からウェル領域4の端縁部上にかけてのゲート酸化膜6上にはゲート電極7が形成されているが、ゲート電極7はセル配列領域20の端縁部からゲートパッド21の形成領域のフィールド酸化膜14上にかけても形成されている。なお、全てのゲート電極7は図示されない部分で互いに繋がっている。   A gate electrode 7 is formed on the gate oxide film 6 from the JFET region 16 to the edge of the well region 4, and the gate electrode 7 extends from the edge of the cell array region 20 to the gate pad 21. It is also formed over the field oxide film 14 in the formation region. All the gate electrodes 7 are connected to each other at a portion not shown.

そして、全てのゲート電極7を覆うように層間絶縁膜8が形成され、セル配列領域20においては、層間絶縁膜8を貫通してシリサイド層17に到達するようにソースコンタクトホール12が設けられ、また、ゲートパッド21の形成領域においては、層間絶縁膜8を貫通してフィールド酸化膜14に到達するようにゲートコンタクトホール13が設けられている。   Then, an interlayer insulating film 8 is formed so as to cover all the gate electrodes 7, and in the cell array region 20, a source contact hole 12 is provided so as to penetrate the interlayer insulating film 8 and reach the silicide layer 17, In the region where the gate pad 21 is formed, a gate contact hole 13 is provided so as to penetrate the interlayer insulating film 8 and reach the field oxide film 14.

そして、セル配列領域20においては、ソースコンタクトホール12を埋め込むように層間絶縁膜8上に、例えばアルミニウム(Al)で構成される外部出力ソース電極10が形成され、また、ゲートパッド21の形成領域においては、ゲートコンタクトホール13を埋め込むように層間絶縁膜8上に、例えばAlで構成される外部出力ゲート電極15が形成されている。   In the cell array region 20, the external output source electrode 10 made of, for example, aluminum (Al) is formed on the interlayer insulating film 8 so as to fill the source contact hole 12, and the formation region of the gate pad 21 , An external output gate electrode 15 made of, for example, Al is formed on the interlayer insulating film 8 so as to bury the gate contact hole 13.

また、外部出力ソース電極10および外部出力ゲート電極15を覆うように保護膜18が形成されているが、先に説明したように、保護膜18には、外部出力ソース電極10および外部出力ゲート電極15の所定領域において開口部OPが設けられている。   Further, the protective film 18 is formed so as to cover the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15, but as described above, the protective film 18 includes the external output source electrode 10 and the external output gate electrode. Openings OP are provided in 15 predetermined regions.

なお、図3においては、1つのユニットセルUCを破線で囲んで示している。図3に示すように、ユニットセルUCは、SiC基板1と、その上に形成されたドリフト層2と、ドリフト層2の上層部に形成された1つのウェル領域4と、当該ウェル領域4の表面内に形成されたソース領域3と、ソース領域3の中央部上面側からソース領域3を貫通してウェル領域4内に達するウェルコンタクト領域5と、SiC基板1の裏面に形成されたドレイン電極9と、その上に形成された裏面接続電極11とを含んでいる。   In FIG. 3, one unit cell UC is surrounded by a broken line. As shown in FIG. 3, the unit cell UC includes an SiC substrate 1, a drift layer 2 formed thereon, one well region 4 formed in the upper layer portion of the drift layer 2, and the well region 4. Source region 3 formed in the surface, well contact region 5 penetrating through source region 3 from the upper surface side of the central portion of source region 3 into well region 4, and drain electrode formed on the back surface of SiC substrate 1 9 and a back surface connection electrode 11 formed thereon.

また、互いに隣り合うウェル領域4の上面側端縁部間は、JFET(Junction Field Effect Transistor)領域16となるが、当該JFET領域16もユニットセルUCに含まれ、シリサイド層17および外部出力ソース電極10も、ユニットセルUCに含まれる。   In addition, a JFET (Junction Field Effect Transistor) region 16 is formed between the upper side edge portions of the well regions 4 adjacent to each other. The JFET region 16 is also included in the unit cell UC, and includes the silicide layer 17 and the external output source electrode. 10 is also included in the unit cell UC.

なお、以下では、簡単のため、ソース領域3およびウェルコンタクト領域5を含む領域をSiC領域35と呼称する場合もある。   Hereinafter, for simplicity, a region including the source region 3 and the well contact region 5 may be referred to as a SiC region 35.

(ドレイン電極の構成)
次に、ドレイン電極9の構成について詳細に説明する。ゲート電極7に正電圧を印加して炭化珪素MOSFET100をオン状態にした場合、そのオン抵抗は低い方が望ましい。オン抵抗が高いと電力用半導体装置としての電力損失が増大するためである。オン抵抗を下げるために、SiC基板1の厚さを150μm以下にすることが望ましいが、本実施の形態1では100μmとした。
(Drain electrode configuration)
Next, the configuration of the drain electrode 9 will be described in detail. When a positive voltage is applied to gate electrode 7 to turn on silicon carbide MOSFET 100, it is desirable that the on-resistance is lower. This is because when the on-resistance is high, power loss as a power semiconductor device increases. In order to reduce the on-resistance, it is desirable that the thickness of the SiC substrate 1 is 150 μm or less, but in the first embodiment, the thickness is 100 μm.

なお、SiC基板1を薄くすることでSiC基板1の抵抗が低減され、炭化珪素MOSFET100のオン抵抗を小さくすることができる。   Note that by reducing the thickness of SiC substrate 1, the resistance of SiC substrate 1 is reduced, and the on-resistance of silicon carbide MOSFET 100 can be reduced.

また、オン抵抗を小さくするには、SiC基板1と裏面接続電極11とを接続するドレイン電極9もSiC基板1との間でオーミック接続を実現し、抵抗を小さくしなければならない。このためドレイン電極9は図4に示すような構成とした。   Further, in order to reduce the on-resistance, the drain electrode 9 that connects the SiC substrate 1 and the back surface connection electrode 11 must also realize ohmic connection with the SiC substrate 1 to reduce the resistance. Therefore, the drain electrode 9 is configured as shown in FIG.

図4は、図3に示したSiC基板1の裏面側の構成のみを示した断面図であり、SiC基板1と接する炭素層92と、ニッケルシリサイド層94および炭素凝集体95で構成される炭素凝集体含有ニッケルシリサイド層93とでドレイン電極9が構成されている。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing only the configuration of the back surface side of SiC substrate 1 shown in FIG. 3, and includes carbon layer 92 in contact with SiC substrate 1, nickel silicide layer 94, and carbon aggregate 95. The drain electrode 9 is composed of the aggregate-containing nickel silicide layer 93.

炭素層92の厚さは10〜20nm、ニッケルシリサイド層94の厚さは100〜150nmである。炭素凝集体95はその断面が円形もしくは楕円形をしており、その直径は100〜200nmであり、5〜15μmの間隔でニッケルシリサイド層94中に散在している。炭素凝集体95はニッケルシリサイド層94に包まれており、炭素層92とは接触していない。   The carbon layer 92 has a thickness of 10 to 20 nm, and the nickel silicide layer 94 has a thickness of 100 to 150 nm. The carbon aggregate 95 has a circular or elliptical cross section, and has a diameter of 100 to 200 nm. The carbon aggregate 95 is scattered in the nickel silicide layer 94 at intervals of 5 to 15 μm. The carbon aggregate 95 is enclosed in the nickel silicide layer 94 and is not in contact with the carbon layer 92.

ここで、ニッケルシリサイド層94と炭素凝集体95とを、炭素凝集体含有ニッケルシリサイド層93と呼称する。また、炭素凝集体含有ニッケルシリサイド層93と炭素層92とでドレイン電極9が構成されるものとする。   Here, the nickel silicide layer 94 and the carbon aggregate 95 are referred to as a carbon aggregate-containing nickel silicide layer 93. Further, the drain electrode 9 is composed of the carbon aggregate-containing nickel silicide layer 93 and the carbon layer 92.

以上のように本発明では高抵抗の原因となるニッケルシリサイド層94中の炭素を凝集させて炭素凝集体95として散在させることで、ニッケルシリサイド層94中の炭素濃度が減少して低抵抗となり、SiC基板1との間でオーミック接続となったドレイン電極9が得られた。   As described above, in the present invention, carbon in the nickel silicide layer 94 that causes high resistance is aggregated and dispersed as the carbon aggregate 95, so that the carbon concentration in the nickel silicide layer 94 is reduced and the resistance becomes low. A drain electrode 9 having an ohmic connection with the SiC substrate 1 was obtained.

また、ドレイン電極9は、炭素層92および炭素凝集体含有ニッケルシリサイド層93で構成され、裏面接続電極11は金属膜で構成されるのでコスト的に安価であり、低コストで炭化珪素MOSFET100が得られる。   In addition, drain electrode 9 is composed of carbon layer 92 and carbon aggregate-containing nickel silicide layer 93, and back surface connection electrode 11 is composed of a metal film, so that it is inexpensive in cost, and silicon carbide MOSFET 100 is obtained at low cost. It is done.

(製造方法)
以下、図5〜図17を用いて、炭化珪素MOSFET100の製造方法について説明する。
(Production method)
Hereinafter, a method for manufacturing silicon carbide MOSFET 100 will be described with reference to FIGS.

まず、図5に示す工程において、SiC基板1の厚さ方向の一方の主面上に、CVD(chemical vapor deposition)法を用いて、n型のドリフト層2をエピタキシャル成長する。SiC基板1は、その主面の面方位が(0001)面から(11−20)方向に4°のオフ角がついた基板であり、4Hのポリタイプを有している。   First, in the step shown in FIG. 5, the n-type drift layer 2 is epitaxially grown on one main surface in the thickness direction of the SiC substrate 1 by using a CVD (chemical vapor deposition) method. The SiC substrate 1 is a substrate whose main surface has an off angle of 4 ° in the (11-20) direction from the (0001) plane, and has a 4H polytype.

SiC基板1の厚さはこの段階では350μmであり、ドリフト層2におけるn型不純物の濃度は、1×1015〜1×1017cm−3の範囲に設定される。また、ドリフト層2の厚さは5〜50μmの範囲に設定される。The thickness of the SiC substrate 1 is 350 μm at this stage, and the concentration of the n-type impurity in the drift layer 2 is set in the range of 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 . The thickness of the drift layer 2 is set in the range of 5 to 50 μm.

このようなドリフト層2上に、後に、ウェル領域4となる領域が露出するように開口部を有するレジストマスク(図示せず)を写真製版(フォトリソグラフィー)技術を用いて形成する。このレジストマスクは、不純物注入阻止マスクとして使用される。   On such a drift layer 2, a resist mask (not shown) having an opening is formed by using a photolithography technique so that a region to become the well region 4 is exposed later. This resist mask is used as an impurity implantation blocking mask.

レジストマスクの形成後、当該レジストマスクの上方からp型の不純物をイオン注入して、セル配列領域20におけるドリフト層2の上層部にウェル領域4を選択的に形成する。   After formation of the resist mask, p-type impurities are ion-implanted from above the resist mask to selectively form the well region 4 in the upper layer portion of the drift layer 2 in the cell array region 20.

ここで、p型の不純物としては、例えばAlを使用し、その不純物濃度は、1×1017〜5×1017cm−3の範囲に設定されるが、ドリフト層2のn型の不純物濃度よりも高い値とする。なお、ウェル領域4は一回のイオン注入で形成しても良いし、加速電圧を変えて複数回のイオン注入を行って形成しても良く、Alイオンの加速電圧は100〜500kVの範囲に設定される。Here, as the p-type impurity, for example, Al is used, and the impurity concentration is set in a range of 1 × 10 17 to 5 × 10 17 cm −3 , but the n-type impurity concentration of the drift layer 2 is set. Higher value. The well region 4 may be formed by a single ion implantation, or may be formed by a plurality of ion implantations by changing the acceleration voltage. The acceleration voltage of Al ions is in the range of 100 to 500 kV. Is set.

次に、レジストマスクを除去した後、後に、ソース領域3となる領域が露出するように開口部を有する新たなレジストマスク(図示せず)を写真製版技術を用いて形成する。このレジストマスクも不純物注入阻止マスクとして使用される。   Next, after removing the resist mask, a new resist mask (not shown) having an opening is formed using a photoengraving technique so that a region to be the source region 3 is exposed later. This resist mask is also used as an impurity implantation blocking mask.

レジストマスクの形成後、当該レジストマスクの上方からn型の不純物をイオン注入して、ウェル領域4の上層部にソース領域3を形成する。   After the resist mask is formed, n-type impurities are ion-implanted from above the resist mask to form the source region 3 in the upper layer portion of the well region 4.

ここで、n型の不純物としては、例えば窒素(N)を使用し、その不純物濃度は、1×1018〜1×1021cm−3の範囲に設定され、Nイオンの加速電圧は50〜200kVの範囲に設定される。なお、n型不純物のイオン注入の深さは、ウェル領域4の厚さよりも浅くなるように設定される。Here, as the n-type impurity, for example, nitrogen (N) is used, the impurity concentration is set in the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 , and the acceleration voltage of N ions is 50 to The range is set to 200 kV. Note that the depth of ion implantation of the n-type impurity is set to be shallower than the thickness of the well region 4.

次に、レジストマスクを除去した後、後に、ウェルコンタクト領域5となる領域が露出するように開口部を有する新たなレジストマスク(図示せず)を写真製版技術を用いて形成する。このレジストマスクも不純物注入阻止マスクとして使用される。   Next, after removing the resist mask, a new resist mask (not shown) having an opening is formed by using a photoengraving technique so that a region that becomes the well contact region 5 is exposed later. This resist mask is also used as an impurity implantation blocking mask.

レジストマスクの形成後、当該レジストマスクの上方からp型の不純物をイオン注入して、ソース領域3の中央部にウェルコンタクト領域5を形成する。   After forming the resist mask, p-type impurities are ion-implanted from above the resist mask to form the well contact region 5 in the center of the source region 3.

ここで、p型の不純物としては、例えばAlを使用し、その不純物濃度は、1×1018〜1×1021cm−3の範囲内に設定され、Alイオンの加速電圧は100〜200kVの範囲に設定される。なお、p型不純物のイオン注入の深さは、ウェル領域3の厚さよりも浅くなるように設定される。Here, for example, Al is used as the p-type impurity, and the impurity concentration is set in a range of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 , and the acceleration voltage of Al ions is 100 to 200 kV. Set to range. Note that the depth of ion implantation of the p-type impurity is set to be shallower than the thickness of the well region 3.

次に、レジストマスクを除去した後、注入されたn型およびp型の不純物を活性化するため、1500℃以上の高温アニール処理を施す。   Next, after removing the resist mask, high-temperature annealing at 1500 ° C. or higher is performed in order to activate the implanted n-type and p-type impurities.

次に、例えば、CVD法により、ドリフト層2上全面に厚さ1μm程度の酸化膜(SiO)を形成する。その後、写真製版技術を用いてセル配列領域20が露出するように開口部を有するエッチングマスクを形成した後、当該エッチングマスクを用いてセル配列領域20側の酸化膜をエッチングにより除去する。これにより、ゲートパッド21の形成領域のドリフト層2上にフィールド酸化膜14が形成される。Next, an oxide film (SiO 2 ) having a thickness of about 1 μm is formed on the entire surface of the drift layer 2 by, eg, CVD. Thereafter, an etching mask having an opening is formed so as to expose the cell array region 20 by using a photoengraving technique, and then the oxide film on the cell array region 20 side is removed by etching using the etching mask. Thereby, field oxide film 14 is formed on drift layer 2 in the formation region of gate pad 21.

その後、図6に示す工程において、SiC基板1(上部構成を含む)を酸素や水蒸気を含む1000℃程度の雰囲気中に曝すことで、セル配列領域20の表面を熱酸化して、熱酸化膜(SiO)のゲート酸化膜6を形成する。ゲート酸化膜6の厚さは、例えば50nmである。Then, in the step shown in FIG. 6, the surface of the cell array region 20 is thermally oxidized by exposing the SiC substrate 1 (including the upper structure) to an atmosphere of about 1000 ° C. containing oxygen and water vapor, and the thermal oxide film A (SiO 2 ) gate oxide film 6 is formed. The thickness of the gate oxide film 6 is, for example, 50 nm.

当該ゲート酸化膜6およびフィールド酸化膜14の形成工程を、セル配列領域20およびゲートパッド21の形成領域の上面に「絶縁膜」を形成する工程と呼称する。   The process of forming the gate oxide film 6 and the field oxide film 14 is referred to as a process of forming an “insulating film” on the upper surfaces of the cell array region 20 and the gate pad 21 formation region.

なお、上記では、ゲート酸化膜6は熱酸化膜であるものとして説明したが、ゲート酸化膜6は、CVD法で形成した酸化膜でも良いし、熱酸化膜とCVD法で形成した酸化膜との積層膜であっても良い。   In the above description, the gate oxide film 6 is a thermal oxide film. However, the gate oxide film 6 may be an oxide film formed by a CVD method, or a thermal oxide film and an oxide film formed by a CVD method. The laminated film may be used.

次に、CVD法により、絶縁膜上にリン(P)が1×1019〜5×1020/cmの範囲で含まれる多結晶シリコン膜を形成してゲート電極7とする。ゲート電極7の厚さは300〜600nmの範囲に設定されるが、本実施の形態1では500nmとし、リンの濃度は2×1020/cmとした。Next, a polycrystalline silicon film containing phosphorus (P) in the range of 1 × 10 19 to 5 × 10 20 / cm 3 is formed on the insulating film by a CVD method to form the gate electrode 7. Although the thickness of the gate electrode 7 is set in the range of 300 to 600 nm, in the first embodiment, the thickness is 500 nm, and the concentration of phosphorus is 2 × 10 20 / cm 3 .

次に、写真製版技術を用いて、ソース領域3の上方およびウェルコンタクト領域5の上方のゲート電極7が露出するように開口部を有するエッチングマスクを形成した後、当該エッチングマスクを用いて、開口部において露出するゲート電極7をエッチングにより除去する。これにより、JFET領域16上からウェル領域4の端縁部上にかけてのゲート酸化膜6上およびセル配列領域20の端縁部からゲートパッド21の形成領域のフィールド酸化膜14上にかけてはゲート電極7が残る。ゲート電極7上のエッチングマスクを除去した後の断面図を図6に示す。   Next, an etching mask having an opening is formed so as to expose the gate electrode 7 above the source region 3 and the well contact region 5 by using a photoengraving technique, and then the opening is opened using the etching mask. The gate electrode 7 exposed in the portion is removed by etching. Thus, the gate electrode 7 is formed on the gate oxide film 6 from the JFET region 16 to the edge of the well region 4 and from the edge of the cell array region 20 to the field oxide film 14 in the formation region of the gate pad 21. Remains. A cross-sectional view after removing the etching mask on the gate electrode 7 is shown in FIG.

次に、SiC基板1(上部構成を含む)の全面に、例えばCVD法により厚さ1μmの酸化膜を形成し、層間絶縁膜8とする。続いて、写真製版技術を用いて、セル配列領域20のウェルコンタクト領域5の上方およびその周囲のソース領域3の上方の層間絶縁膜8が露出するように開口部を有するエッチングマスクを形成した後、当該エッチングマスクを用いて、開口部において露出する層間絶縁膜8をエッチングにより除去すると共に、その下のゲート酸化膜6も除去することで、ソースコンタクトホール12を形成する。このエッチングには、RIE(Reactive Ion Etching)を使用する。   Next, an oxide film having a thickness of 1 μm is formed on the entire surface of the SiC substrate 1 (including the upper structure) by, for example, a CVD method to form an interlayer insulating film 8. Subsequently, after forming an etching mask having an opening so as to expose the interlayer insulating film 8 above the well contact region 5 of the cell array region 20 and above the source region 3 using the photolithography technique. Using the etching mask, the interlayer insulating film 8 exposed in the opening is removed by etching, and the gate oxide film 6 thereunder is also removed, thereby forming the source contact hole 12. For this etching, RIE (Reactive Ion Etching) is used.

当該エッチングにより、ソースコンタクトホール12の底面には、ソース領域3の一部およびウェルコンタクト領域5が露出することになる。   By this etching, a part of the source region 3 and the well contact region 5 are exposed on the bottom surface of the source contact hole 12.

次に、エッチングマスクを除去した後、SiC基板1(上部構成を含む)の全面に、例えばスパッタ法により、厚さ50nm程度のニッケル膜(図示せず)を形成した後、アニール処理を施す。   Next, after removing the etching mask, a nickel film (not shown) having a thickness of about 50 nm is formed on the entire surface of the SiC substrate 1 (including the upper structure) by, eg, sputtering, and then annealed.

これにより、ソースコンタクトホール12の底面に露出した、ソース領域3およびウェルコンタクト領域5の上部に、シリサイド膜 (ここではニッケルシリサイド膜)17を形成する。   Thus, a silicide film (here, nickel silicide film) 17 is formed on the source region 3 and the well contact region 5 exposed at the bottom surface of the source contact hole 12.

ここで、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、ニッケル膜のニッケルと、これに接するウェルコンタクト領域5およびソース領域3を構成するSiCとが反応して、シリサイド層17が形成される。   Here, the annealing treatment is performed at a temperature of 300 to 800 ° C. by, for example, RTA (Rapid Thermal Annealing). By heating at the temperature, nickel of the nickel film reacts with SiC constituting the well contact region 5 and the source region 3 in contact with the nickel film, and the silicide layer 17 is formed.

シリサイド層17を形成した後、例えば、硫酸または塩酸を含む酸系の溶液でSiC基板1を洗浄する。この洗浄により、シリサイド化反応において未反応となったニッケル膜が除去される。当該未反応のニッケル膜を除去することで、図7に示す構成が得られる。   After the silicide layer 17 is formed, the SiC substrate 1 is cleaned with an acid-based solution containing, for example, sulfuric acid or hydrochloric acid. By this cleaning, the nickel film that has not reacted in the silicidation reaction is removed. The structure shown in FIG. 7 is obtained by removing the unreacted nickel film.

次に、図8に示す工程において、写真製版技術を用いて、ゲートパッド21の形成領域のゲート電極7の上方の層間絶縁膜8が露出するように複数の開口部を有するエッチングマスクを形成した後、当該エッチングマスクを用いて、複数の開口部において露出する層間絶縁膜8をエッチングにより除去することで、ゲートコンタクトホール13を形成する。このエッチングには、RIEを使用する。   Next, in the process shown in FIG. 8, an etching mask having a plurality of openings is formed by photolithography so that the interlayer insulating film 8 above the gate electrode 7 in the formation region of the gate pad 21 is exposed. Thereafter, by using the etching mask, the interlayer insulating film 8 exposed in the plurality of openings is removed by etching to form the gate contact hole 13. For this etching, RIE is used.

当該エッチングにより、ゲートコンタクトホール13の底面には、ゲート電極7が露出することになる。   By the etching, the gate electrode 7 is exposed on the bottom surface of the gate contact hole 13.

次に、エッチングマスクを除去した後、SiC基板1(上部構成を含む)の全面に、例えばスパッタ法により、厚さが3μm程度のAl膜を形成することで、層間絶縁膜8をAl膜で覆うと共に、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にAl膜を充填する。   Next, after removing the etching mask, an Al film having a thickness of about 3 μm is formed on the entire surface of the SiC substrate 1 (including the upper structure) by, eg, sputtering, so that the interlayer insulating film 8 is made of an Al film. Cover the source contact hole 12 and the gate contact hole 13 with an Al film.

続いて、写真製版技術を用いて、外部出力ソース電極10および外部出力ゲート電極15の電極パターンを有するエッチングマスクを形成した後、当該エッチングマスクを用いて、エッチングによりAl膜をパターニングすることで、電気的にも形状的にも分離された外部出力ソース電極10および外部出力ゲート電極15を得る。これにより、図8に示す構成が得られる。   Subsequently, after forming an etching mask having an electrode pattern of the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15 using photolithography, the Al film is patterned by etching using the etching mask. An external output source electrode 10 and an external output gate electrode 15 which are separated electrically and in shape are obtained. Thereby, the structure shown in FIG. 8 is obtained.

なお、外部出力ソース電極10は、シリサイド層17を介して、SiC領域35と電気的に接続され、外部出力ゲート電極15は、ゲートパッド21のゲート電極7と電気的に接続される。   The external output source electrode 10 is electrically connected to the SiC region 35 through the silicide layer 17, and the external output gate electrode 15 is electrically connected to the gate electrode 7 of the gate pad 21.

その後、SiC基板1(上部構成を含む)の全面に保護膜18を形成する。保護膜18には有機膜が使用できる。本実施の形態1では厚さ8μmのポリイミド膜を形成して保護膜18とした。   Thereafter, protective film 18 is formed on the entire surface of SiC substrate 1 (including the upper structure). An organic film can be used as the protective film 18. In the first embodiment, a polyimide film having a thickness of 8 μm is formed as the protective film 18.

そして、写真製版技術を用いて、外部出力ソース電極10および外部出力ゲート電極15の開口部OPに対応する領域に開口部を有するエッチングマスクを形成した後、当該エッチングマスクを用いて、開口部において露出する保護膜18をエッチングにより除去することで、外部の制御回路および外部の電力線に接続するための開口部OPが形成され、図9に示す構成が得られる。以上の工程を経て、SiC基板1の一方の主面側の製造工程が完了する。   Then, using a photoengraving technique, after forming an etching mask having an opening in a region corresponding to the opening OP of the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15, using the etching mask, By removing the exposed protective film 18 by etching, an opening OP for connection to an external control circuit and an external power line is formed, and the configuration shown in FIG. 9 is obtained. Through the above steps, the manufacturing process on one main surface side of SiC substrate 1 is completed.

次に、SiC基板1(上部構成を含む)の裏面側を研削装置を使用して研削し、SiC基板1を薄板化することで、図10に示す構成が得られる。ここでは、SiC基板1の厚さは50〜150μmの範囲で薄板化されるが、本実施の形態1では100μmとした。   Next, the structure shown in FIG. 10 is obtained by grinding the back surface side of SiC substrate 1 (including the upper structure) using a grinding apparatus and thinning SiC substrate 1. Here, the thickness of the SiC substrate 1 is reduced in the range of 50 to 150 μm, but in the first embodiment, it is set to 100 μm.

薄板化の工程をSiC基板1の一方主面側での製造工程が完了してから行うのは、薄板化後のSiC基板1は割れやすくなっているので、SiC基板1の基板割れの発生率を下げるため、薄板化後の工程数を可能な限り少なくするためである。   The thinning process is performed after the manufacturing process on the one main surface side of the SiC substrate 1 is completed, because the SiC substrate 1 after the thinning is easily cracked, and the occurrence rate of the substrate cracking of the SiC substrate 1 This is to reduce the number of steps after thinning as much as possible.

従って、薄板化の工程をSiC基板1の一方主面側での製造工程が完了してから行うことで、SiC基板1が割れる可能性を低減して、製造歩留まりが向上する。   Therefore, by performing the thinning process after the manufacturing process on the one main surface side of the SiC substrate 1 is completed, the possibility of breaking the SiC substrate 1 is reduced and the manufacturing yield is improved.

その後、SiC基板1の裏面にドレイン電極9を形成する。当該ドレイン電極9の形成方法について以下に説明する。   Thereafter, drain electrode 9 is formed on the back surface of SiC substrate 1. A method for forming the drain electrode 9 will be described below.

まず、図11に示す工程において、SiC基板1の裏面に対してスパッタ法により厚さが100nmのニッケル膜91を形成する。このニッケル膜91に熱処理を施してシリサイド化する必要がある。しかし、SiC基板1の表面側には耐熱性の低い保護膜18やAlで形成された外部出力ソース電極10および外部出力ゲート電極15が存在するために温度は300℃以上に上げることはできない。そこで、SiC基板1の裏面に形成されたニッケル膜91のみを加熱して、SiC基板1の表面側の温度を上昇させない熱処理方法としてレーザアニール法を用いる。図11は、ニッケル膜91にレーザ光50を照射している状態を示す図である。当該レーザアニール法について以下に説明する。   First, in the step shown in FIG. 11, a nickel film 91 having a thickness of 100 nm is formed on the back surface of SiC substrate 1 by sputtering. It is necessary to heat-treat the nickel film 91 for silicidation. However, the temperature cannot be raised to 300 ° C. or more because the protective film 18 having low heat resistance and the external output source electrode 10 and the external output gate electrode 15 formed of Al are present on the surface side of the SiC substrate 1. Therefore, a laser annealing method is used as a heat treatment method in which only the nickel film 91 formed on the back surface of the SiC substrate 1 is heated and the temperature on the front surface side of the SiC substrate 1 is not increased. FIG. 11 is a diagram showing a state in which the nickel film 91 is irradiated with the laser light 50. The laser annealing method will be described below.

まず、Nd:YVOをレーザ媒質として使用した半導体レーザ励起の固体レーザを準備し、レーザ共振器内部の非線形光学結晶(波長変換結晶)によって、Nd:YVOレーザの発振波長である1064nmの3倍波である波長355nmの紫外レーザ光を発生させる。First, a semiconductor laser-pumped solid-state laser using Nd: YVO 4 as a laser medium is prepared, and a non-linear optical crystal (wavelength conversion crystal) inside the laser resonator is used to reduce the Nd: YVO 4 laser oscillation wavelength of 1064 nm. An ultraviolet laser beam having a wavelength of 355 nm which is a double wave is generated.

レーザ光の発振状態としてはQスイッチによりパルス発振させたレーザ光を使用する。この理由は、連続発振のレーザ光でSiC基板1の裏面を照射すると、SiC基板1の表面側の温度が300℃以上に上昇するためである。   As the oscillation state of the laser beam, a laser beam pulse-oscillated by a Q switch is used. This is because when the back surface of the SiC substrate 1 is irradiated with continuous wave laser light, the temperature on the front surface side of the SiC substrate 1 rises to 300 ° C. or higher.

パルス発振としては、パルス幅を35nsec、発振周波数を10kHzとする。パルス幅はパワーがピーク値の半分以上になる間の時間(半値幅)で定義されている。レーザ光のパワーは12Wに設定する。   For pulse oscillation, the pulse width is 35 nsec and the oscillation frequency is 10 kHz. The pulse width is defined by the time (half width) during which the power becomes half or more of the peak value. The power of the laser beam is set to 12W.

図12は、レーザアニール装置の構成を示すブロック図である。図12に示すようにレーザアニール装置は、紫外レーザ光発振器60、レーザ光学系61、鏡62およびステージ63を備え、ステージ63上にSiC半導体ウエハ30が載置される。なお、SiC半導体ウエハ30は、ウエハ状態にあるSiC基板1を指す。   FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the laser annealing apparatus. As shown in FIG. 12, the laser annealing apparatus includes an ultraviolet laser light oscillator 60, a laser optical system 61, a mirror 62, and a stage 63, and the SiC semiconductor wafer 30 is placed on the stage 63. SiC semiconductor wafer 30 refers to SiC substrate 1 in a wafer state.

図12に示したように、紫外レーザ光発振器60から出たレーザ光50は、レーザ光学系61により300×200μmの長方形のビームに整形される。レーザ光学系61により整形されたレーザ光50は、鏡62により反射されて、ステージ63上に載置されたSiC半導体ウエハ30に垂直に照射される。   As shown in FIG. 12, the laser beam 50 emitted from the ultraviolet laser beam oscillator 60 is shaped into a 300 × 200 μm rectangular beam by the laser optical system 61. The laser beam 50 shaped by the laser optical system 61 is reflected by the mirror 62 and is irradiated perpendicularly to the SiC semiconductor wafer 30 placed on the stage 63.

SiC半導体ウエハ30には、これまでの工程を経た炭化珪素MOSFET100が複数形成されており、ニッケル膜91が形成されたSiC基板1の裏面が鏡62側を向くようにステージ63上に載置される。   A plurality of silicon carbide MOSFETs 100 that have undergone the above steps are formed on SiC semiconductor wafer 30 and placed on stage 63 so that the back surface of SiC substrate 1 on which nickel film 91 is formed faces the mirror 62 side. The

図13はレーザ光50の走査方法を模式的に示した図である。図13に示すように、ステージ63はオリエンテーションフラットOFに対して直交するX方向と、オリエンテーションフラットOFに対して平行なY方向に移動可能であり、レーザ光50の照射に際しては、X方向に速度20cm/secで走査され、SiC基板1の裏面のニッケル膜91を加熱する。   FIG. 13 is a diagram schematically showing a scanning method of the laser beam 50. As shown in FIG. 13, the stage 63 is movable in the X direction orthogonal to the orientation flat OF and in the Y direction parallel to the orientation flat OF. When the laser beam 50 is irradiated, the stage 63 is moved in the X direction. Scanning at 20 cm / sec, the nickel film 91 on the back surface of the SiC substrate 1 is heated.

図13においては、レーザ光50の照射領域の軌跡をライン101、102、103および104として表しており、SiC半導体ウエハ30のY方向の最上部が、図に向かって右端から左端に向けてライン101のようにレーザ光50で照射された後、ステージ63はY方向に1ライン分移動して、SiC半導体ウエハ30の左端から右端に向けてライン102のように照射される。これを繰り返すことでライン103およびライン104のように照射が行われる。なお、ライン104は照射途中の状態にあり、レーザ光50はライン104の先頭に位置している。なお、隣接するライン(例えばライン101と102)では、X方向の走査方向を逆にすることで照射時間の短縮を図っている。   In FIG. 13, the locus of the irradiation region of the laser beam 50 is represented as lines 101, 102, 103, and 104, and the uppermost portion in the Y direction of the SiC semiconductor wafer 30 is a line from the right end toward the left end in the drawing. After being irradiated with the laser beam 50 as in 101, the stage 63 moves by one line in the Y direction, and is irradiated as in the line 102 from the left end to the right end of the SiC semiconductor wafer 30. By repeating this, irradiation is performed as in the lines 103 and 104. The line 104 is in the middle of irradiation, and the laser beam 50 is located at the head of the line 104. In the adjacent lines (for example, lines 101 and 102), the irradiation time is shortened by reversing the scanning direction in the X direction.

レーザ光50が照射された部分のニッケル膜91がニッケルシリサイド層93となるので、ライン101〜104はニッケルシリサイド層93となった部分を示している。   Since the portion of the nickel film 91 irradiated with the laser beam 50 becomes the nickel silicide layer 93, the lines 101 to 104 indicate the portions that have become the nickel silicide layer 93.

なお、1つのライン分の照射の後、ステージ63をY方向に移動する移動量は180μmである。ここで、レーザ光50のY方向の長さは200μmであるので、ステージ63をY方向に180μm移動させた場合、Y方向のレーザ光50の長さの10%が重複領域となる。このような重複領域を設けるのは、レーザ光50とニッケル膜91との間の気体の揺らぎや、ステージ63の移動時のずれなどによりレーザ光50の未照射部が発生するのを防止するためである。   Note that the amount of movement of the stage 63 in the Y direction after irradiation for one line is 180 μm. Here, since the length of the laser beam 50 in the Y direction is 200 μm, when the stage 63 is moved by 180 μm in the Y direction, 10% of the length of the laser beam 50 in the Y direction becomes an overlapping region. The reason for providing such an overlapping region is to prevent generation of an unirradiated portion of the laser light 50 due to gas fluctuation between the laser light 50 and the nickel film 91, a shift during movement of the stage 63, or the like. It is.

このようにステージ63をX方向、Y方向に移動させて、SiC半導体ウエハ30の裏面全面にレーザ光50を照射する。   In this way, the stage 63 is moved in the X direction and the Y direction, and the laser beam 50 is irradiated on the entire back surface of the SiC semiconductor wafer 30.

なお、ステージ63はレーザ光50に対して垂直に配置されているので、ステージ63をX方向、Y方向に移動させるための機構が比較的簡単なものとなり、コストの増加を抑制できる。   Since the stage 63 is arranged perpendicular to the laser beam 50, a mechanism for moving the stage 63 in the X direction and the Y direction becomes relatively simple, and an increase in cost can be suppressed.

レーザ光50の照射が完了した場合のSiC基板1の裏面側の断面構造を図14に示す。図14に示すように、図11の工程で形成したニッケル膜91の全ては、SiC基板1近傍の炭素層92と、炭素凝集体95と、ニッケルシリサイド94と、裏面最表面の炭素層96とに変化する。   FIG. 14 shows a cross-sectional structure of the back surface side of SiC substrate 1 when irradiation with laser beam 50 is completed. As shown in FIG. 14, all of the nickel film 91 formed in the step of FIG. 11 includes a carbon layer 92 in the vicinity of the SiC substrate 1, a carbon aggregate 95, nickel silicide 94, and a carbon layer 96 on the back surface. To change.

なお、上記のようにニッケルシリサイド層94中の炭素が、SiC基板1近傍の炭素層92と、炭素凝集体95と、裏面最表面の炭素層96とに分離して集中する仕組みは以下の通りである。   The mechanism in which carbon in the nickel silicide layer 94 is separated and concentrated into the carbon layer 92 in the vicinity of the SiC substrate 1, the carbon aggregate 95, and the carbon layer 96 on the outermost surface of the back surface as described above is as follows. It is.

すなわち、レーザ光50の照射によりニッケル膜91の温度が上昇し、SiC基板1中のSiと反応してニッケルシリサイドが形成される。このときSiC基板1中の炭素はニッケルと化合物を形成しない。なぜなら、ニッケルカーバイドが形成される温度はニッケルシリサイドが形成される温度より高いためである。   That is, the temperature of the nickel film 91 is increased by the irradiation of the laser beam 50 and reacts with Si in the SiC substrate 1 to form nickel silicide. At this time, carbon in the SiC substrate 1 does not form a compound with nickel. This is because the temperature at which nickel carbide is formed is higher than the temperature at which nickel silicide is formed.

そして、ニッケルシリサイド94中に取り込まれた炭素のうち、SiC基板1の近傍の炭素は炭素層92を形成する。またニッケルシリサイド94中に取り込まれた炭素のうち、SiC基板1から遠い部分すなわち、裏面の最表面(図14中で最下部)側の炭素は炭素層96を形成し、ニッケルシリサイド94中に取り込まれた炭素のうち、ニッケルシリサイド94の膜厚方向の中央部付近に存在する炭素は凝集して炭素凝集体95を形成する。   Of the carbon taken into nickel silicide 94, carbon in the vicinity of SiC substrate 1 forms carbon layer 92. Of the carbon taken into nickel silicide 94, the part far from SiC substrate 1, that is, the carbon on the outermost surface (the lowermost part in FIG. 14) on the back surface forms carbon layer 96 and is taken into nickel silicide 94. Among the carbons, the carbon present in the vicinity of the central portion of the nickel silicide 94 in the film thickness direction aggregates to form a carbon aggregate 95.

次に、これらの層が形成されるレーザアニールの条件について図15を用いて説明する。図15は、レーザ光50をニッケル膜91に照射している状態を模式的に示す図であり、図13に示した領域“A”の拡大図であり、ライン103および104の一部を示している。   Next, laser annealing conditions for forming these layers will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram schematically showing a state in which the nickel film 91 is irradiated with the laser beam 50, and is an enlarged view of the region “A” shown in FIG. 13, and shows a part of the lines 103 and 104. ing.

ここで、レーザ光50の走査速度(ステージ63のX方向の移動速度)が20cm/sec、レーザ光50のパルス発振の発振周波数が10kHzであるので、レーザ光50は1パルス当たり20μm(=20cm/10000)移動することになる。この移動距離は図15において長さCで示されている。   Here, since the scanning speed of the laser beam 50 (the moving speed of the stage 63 in the X direction) is 20 cm / sec and the oscillation frequency of the pulse oscillation of the laser beam 50 is 10 kHz, the laser beam 50 is 20 μm per pulse (= 20 cm). / 10000) will move. This moving distance is indicated by a length C in FIG.

すなわち、図15のライン104において破線で示した部分から先端までが1パルスで新たにシリサイド化されるが、レーザ光50はX方向に300μmの長さがあるので、既にシリサイド化されてニッケルシリサイド層93となっている部分が重複照射されながら照射領域が広がることとなる。すなわち、レーザ光50のX方向の長さは300μmであるので、ニッケル膜91の任意の1点は、15回(=300μm/20μm)に渡ってレーザ光50の照射を受けることになる。   That is, from the portion indicated by the broken line in the line 104 in FIG. 15 to the tip is newly silicidated with one pulse, but the laser beam 50 has a length of 300 μm in the X direction. The irradiated region is expanded while the portion that is the layer 93 is repeatedly irradiated. That is, since the length of the laser beam 50 in the X direction is 300 μm, one arbitrary point on the nickel film 91 is irradiated with the laser beam 50 15 times (= 300 μm / 20 μm).

このように、レーザ光50をニッケル膜91に複数回パルス照射することで、温度が高い状態を長く保つようにしたので、高抵抗化の原因となるニッケルシリサイド層94中の炭素を、図14に示されるように炭素凝集体95と裏面最表面の炭素層96とに分離して集中させることができた。これによりニッケルシリサイド層94中の炭素濃度が減少して低抵抗となり、SiC基板1との間でオーミック接続となったドレイン電極9が得られた。   In this manner, the laser film 50 is irradiated to the nickel film 91 a plurality of times to maintain the high temperature state for a long time. Therefore, the carbon in the nickel silicide layer 94 that causes the high resistance is changed as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the carbon aggregate 95 and the carbon layer 96 on the outermost surface of the back surface can be separated and concentrated. As a result, the carbon concentration in the nickel silicide layer 94 is reduced, the resistance is lowered, and the drain electrode 9 in ohmic contact with the SiC substrate 1 is obtained.

ここで、製造工程の説明に戻る。図14に示したレーザ光50の照射により形成された裏面最表面の炭素層96は、スパッタエッチ等の方法により除去する。炭素層96を除去した後のSiC基板1の裏面側の断面構造が図4に相当する。   Here, it returns to description of a manufacturing process. The carbon layer 96 on the outermost surface of the back surface formed by irradiation with the laser beam 50 shown in FIG. 14 is removed by a method such as sputter etching. The cross-sectional structure on the back surface side of SiC substrate 1 after removing carbon layer 96 corresponds to FIG.

炭素層96を除去した段階の炭化珪素MOSFET100の断面図を図16に示す。図16に示すように、炭素凝集体含有ニッケルシリサイド層93と炭素層92とでドレイン電極9が構成されている。   FIG. 16 shows a cross-sectional view of silicon carbide MOSFET 100 at the stage where carbon layer 96 has been removed. As shown in FIG. 16, the carbon aggregate-containing nickel silicide layer 93 and the carbon layer 92 constitute the drain electrode 9.

なお、SiC基板1の裏面の最表面(図14中で最下部)に未反応のニッケルが残った場合は、炭素層96と同じくスパッタエッチ法などにより除去する。   If unreacted nickel remains on the outermost surface of the back surface of SiC substrate 1 (the lowermost portion in FIG. 14), it is removed by the sputter etching method or the like, similar to carbon layer 96.

その後、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、厚さが600nmのニッケル膜と、厚さが200nmの金膜との積層膜を使用することができ、図17に示す断面構成を有する炭化珪素MOSFET100が完成する。   Thereafter, the back connection electrode 11 is formed on the drain electrode 9 by sputtering or the like. For example, a laminated film of a nickel film having a thickness of 600 nm and a gold film having a thickness of 200 nm can be used as the back surface connection electrode 11, and the silicon carbide MOSFET 100 having the cross-sectional configuration shown in FIG. 17 is completed.

このように、ドレイン電極9は、炭素層92および炭素凝集体含有ニッケルシリサイド層93で構成され、裏面接続電極11は金属膜で構成されるのでコスト的に安価であり、低コストで炭化珪素MOSFET100が得られる。   Thus, drain electrode 9 is formed of carbon layer 92 and carbon aggregate-containing nickel silicide layer 93, and back surface connection electrode 11 is formed of a metal film, so that the cost is low and the silicon carbide MOSFET 100 is low in cost. Is obtained.

以上説明した炭化珪素MOSFET100の製造方法において、低抵抗のドレイン電極9を得るために重要な点は、炭素凝集体95を形成することである。そのためにはレーザ光50のパワー密度をニッケルシリサイドが形成される温度以上になるような値まで上げることが必要であるが、パワー密度を上げるだけでは充分ではない。ニッケルシリサイドが形成される温度、すなわちニッケル原子、シリコン原子および炭素原子が自由に拡散できる温度にある時間を長くして、炭素を凝集させることが必要である。   In the manufacturing method of silicon carbide MOSFET 100 described above, an important point for obtaining low-resistance drain electrode 9 is to form carbon aggregate 95. For this purpose, it is necessary to increase the power density of the laser beam 50 to a value that is higher than the temperature at which nickel silicide is formed, but it is not sufficient to increase the power density. It is necessary to agglomerate the carbon by increasing the time at which the nickel silicide is formed, that is, the temperature at which nickel atoms, silicon atoms and carbon atoms can freely diffuse.

ここで、レーザパワー(パワー密度)およびステージ63の走査速度を変えて、ニッケルシリサイド層とSiC基板とのコンタクトパターンを種々作製し、その特性を評価した結果を以下の表1に示す。   Here, the laser power (power density) and the scanning speed of the stage 63 are changed, various contact patterns between the nickel silicide layer and the SiC substrate are produced, and the results of evaluating the characteristics are shown in Table 1 below.

Figure 0006053968
Figure 0006053968

表1においては、レーザパワーを8W〜22Wまで2Wずつ変更した場合のそれぞれについて、ステージ63の走査速度を20cm/sec〜120cm/secまで20cm/secずつ変更して、オーミック接続が得られた否かを判断した結果を示している。なお、パワー密度(J/cm)は、レーザパワー×1秒÷発振周波数÷レーザ光面積(300×200μm)で求めた値となる。In Table 1, whether the ohmic connection was obtained by changing the scanning speed of the stage 63 from 20 cm / sec to 120 cm / sec by 20 cm / sec for each of the cases where the laser power was changed by 2 W from 8 W to 22 W. It shows the result of judging. The power density (J / cm 2 ) is a value obtained by laser power × 1 second ÷ oscillation frequency ÷ laser light area (300 × 200 μm).

表1において、○印はオーミック接続が得られた条件を示し、×印はオーミック接続が得られなかった条件を示している。また、表1の最下段にはニッケル膜の1点に照射されたレーザ光の全照射時間(nsec)を示しており、ステージ63の走査速度が20cm/secの場合が450nsecと最も長く、以下、走査速度の増加に比例して短くなっている。なお、レーザ光の全照射時間は、ニッケル膜の1点へのレーザ照射回数×シリサイド化に要するパワー持続時間で求めた値となる。   In Table 1, ◯ indicates a condition under which an ohmic connection is obtained, and X indicates a condition under which no ohmic connection is obtained. Further, the lowermost stage of Table 1 shows the total irradiation time (nsec) of the laser beam irradiated to one point of the nickel film, and the longest is 450 nsec when the scanning speed of the stage 63 is 20 cm / sec. , It is shortened in proportion to the increase in scanning speed. The total irradiation time of the laser light is a value obtained by the number of times of laser irradiation to one point of the nickel film × the power duration time required for silicidation.

表1よりレーザパワーは12W以上、走査速度は80cm/秒以下の条件でオーミック接続が得られており、走査速度100cm/秒以上では、パワーを上げてもオーミック接続が得られていないことが判る。   From Table 1, it can be seen that the ohmic connection is obtained under the conditions that the laser power is 12 W or more and the scanning speed is 80 cm / second or less, and the ohmic connection is not obtained even when the power is increased at a scanning speed of 100 cm / second or more. .

ここで、パワーを上げただけではレーザ光の面積は変わらず、また、レーザ光のパルス幅は前述したように半値幅で定義されているため、パワーを変えてもパルス幅は変わらない。しかし、パワーを上げると、ニッケル膜がシリサイド化するパワー以上になる時間が増加する。   Here, simply increasing the power does not change the area of the laser beam, and the pulse width of the laser beam is defined by the half-value width as described above, so that the pulse width does not change even if the power is changed. However, when the power is increased, the time for the nickel film to become more than the power for silicidation increases.

図18にレーザパルスの波形図を示す。図18においては、横軸に時間を取り、縦軸にパワー密度(任意単位)を取っており、パワーが12Wの場合のパルスをG1とし、パワーが18Wの場合のパルスをG2として、それぞれのパルス波形を示している。   FIG. 18 shows a waveform diagram of a laser pulse. In FIG. 18, time is taken on the horizontal axis, and power density (arbitrary unit) is taken on the vertical axis. The pulse when the power is 12 W is G1, and the pulse when the power is 18 W is G2. A pulse waveform is shown.

図18において、ニッケルがシリサイド化するパワーをFとして示しており、パルスG1およびG2においてパワーF以上になる時間はそれぞれH1およびH2であることが判る。   In FIG. 18, the power at which nickel is silicided is shown as F, and it can be seen that the times during which pulses F1 and G2 are equal to or higher than power F are H1 and H2, respectively.

図18に示すように、レーザのパルスの立上り、立下り時間は急峻であるため、パワーを上げてもシリサイド化するパワーF以上になる時間は、H1からH2のように少ししか増加しない。すなわち、パワーを50%増大させても、時間は30%程度(H2/H1=1.3)しか増加しない。従って、ニッケル膜の1点へのレーザ照射時間はパワーにほとんど依存せず走査速度のみによって決まるものと言える。   As shown in FIG. 18, since the rise and fall times of the laser pulse are steep, even if the power is increased, the time over the power F for silicidation increases only slightly from H1 to H2. That is, even if the power is increased by 50%, the time only increases by about 30% (H2 / H1 = 1.3). Therefore, it can be said that the laser irradiation time for one point of the nickel film is almost independent of the power and is determined only by the scanning speed.

また、表1中の○印の条件では炭素凝集体が発生していることが断面のTEM(透過型電子顕微鏡)による観察で確認された。   Moreover, it was confirmed by observation with a TEM (transmission electron microscope) of the cross section that carbon aggregates were generated under the conditions of the circles in Table 1.

また、走査速度100cm/秒以上では、パワーを上げてもオーミック接続が得られていないことから、オーミック接続を得るためには112.5nsec以上レーザ光を照射することが必要である。言い換えると、オーミック接続を得るためには、炭素凝集体ができるまでレーザ光を照射し続ける必要がある。   Further, when the scanning speed is 100 cm / second or more, ohmic connection is not obtained even when the power is increased. Therefore, in order to obtain ohmic connection, it is necessary to irradiate the laser beam for 112.5 nsec or more. In other words, in order to obtain ohmic connection, it is necessary to continuously irradiate laser light until a carbon aggregate is formed.

(変形例1)
以上説明した実施の形態1では、レーザ光50は波長355nmのNd:YVOレーザを用いる例について説明したが、レーザ光の波長は上記に限定されない。
(Modification 1)
In Embodiment 1 described above, an example in which the laser beam 50 uses an Nd: YVO 4 laser with a wavelength of 355 nm has been described, but the wavelength of the laser beam is not limited to the above.

例えば、Nd:YAGレーザの第2高調波(波長532nm)、Nd:YLFレーザの第2高調波(波長532nm)、Nd:ガラスレーザの第2高調波(波長535nm)、Yb:YAGレーザの第2高調波(波長512nm)、Yb:ガラスレーザの第2高調波(波長535nm)、Arイオンレーザ(波長488nm)、Ti:サファイアレーザの第2高調波(波長400nm)を使用することができる。ただし波長が異なるとニッケルの反射率が変わるので、波長に合わせてパワーの調整を行う。   For example, the second harmonic of the Nd: YAG laser (wavelength 532 nm), the second harmonic of the Nd: YLF laser (wavelength 532 nm), the second harmonic of the Nd: glass laser (wavelength 535 nm), and the second harmonic of the Yb: YAG laser Second harmonic (wavelength 512 nm), Yb: second harmonic of glass laser (wavelength 535 nm), Ar ion laser (wavelength 488 nm), Ti: sapphire laser second harmonic (wavelength 400 nm) can be used. However, since the reflectance of nickel changes when the wavelength is different, the power is adjusted according to the wavelength.

(変形例2)
また、以上説明した実施の形態1では、ステージ63を移動させることでレーザ光を実質的に走査させる構成を採ったが、図12に示した鏡62の代わりに、2軸(X軸、Y軸)のガルバノミラーを備えたガルバノスキャナーを用いても良い。
(Modification 2)
In the first embodiment described above, a configuration is adopted in which the laser beam is substantially scanned by moving the stage 63. Instead of the mirror 62 shown in FIG. 12, two axes (X axis, Y axis) are used. A galvano scanner provided with a (axis) galvanometer mirror may be used.

すなわち、ガルバノミラーをX方向およびY方向に回転させることによりレーザ光50自体を走査する構成としても良い。   That is, the laser light 50 itself may be scanned by rotating the galvanometer mirror in the X direction and the Y direction.

ガルバノミラーを用いた場合、レーザ光の駆動系を小さくすることができるので、レーザアニール装置のフットプリント(装置平面面積)を小さくできる。工場(クリーンルーム)内に占める装置面積が小さくなるので炭化珪素半導体装置の製造コストを下げることができる。   When a galvano mirror is used, the laser light drive system can be reduced, so that the footprint (device plane area) of the laser annealing device can be reduced. Since the device area in the factory (clean room) is reduced, the manufacturing cost of the silicon carbide semiconductor device can be reduced.

なお、ガルバノミラーを使用する場合は、その照射角度によって光路長が変化するので、光路長の変化分が許容範囲内に入るようガルバノミラーからSiC半導体ウエハ30までの距離を長く設定するなどの措置を採る。   When a galvano mirror is used, the optical path length changes depending on the irradiation angle. Therefore, a measure such as setting a long distance from the galvano mirror to the SiC semiconductor wafer 30 so that the change in the optical path length is within an allowable range. Take.

(実施の形態2)
以上説明した実施の形態1の製造方法では、レーザ光50をニッケル膜91を形成したSiC基板1の裏面に複数回照射する必要があったが、複数回照射ではSiC半導体ウエハ30に対するレーザアニールの処理時間が長いものになる。
(Embodiment 2)
In the manufacturing method of the first embodiment described above, it is necessary to irradiate the back surface of the SiC substrate 1 on which the nickel film 91 is formed with the laser beam 50 a plurality of times. Processing time is long.

そこで、レーザアニール工程のスループットを向上させるためには、図12に示したステージ63の走査速度を上げることが考えられる。しかし単にステージ63の走査速度を上げただけではニッケル膜91に照射されるレーザ光50の照射回数が減って、表1を用いて説明したように、低抵抗なオーミック接続を有するニッケルシリサイド層93が得られなくなる。   Therefore, in order to improve the throughput of the laser annealing process, it is conceivable to increase the scanning speed of the stage 63 shown in FIG. However, simply increasing the scanning speed of the stage 63 reduces the number of times the laser beam 50 is irradiated onto the nickel film 91, and as described with reference to Table 1, the nickel silicide layer 93 having a low resistance ohmic connection. Cannot be obtained.

そのため、ステージ63の走査速度を上げる場合は、パルスレーザの1回のパルス幅(パルス発振時間)を長くする、あるいはパルスレーザの発振周波数を上げる、あるいはレーザ光のパワーを上げた上でレーザ光の面積を大きくすることが必要になる。   Therefore, when the scanning speed of the stage 63 is increased, the laser beam is increased after increasing the pulse width (pulse oscillation time) of the pulse laser, increasing the oscillation frequency of the pulse laser, or increasing the power of the laser beam. It is necessary to increase the area.

ところが、パルス幅はレーザの特性で決まっているために長くすることは容易ではない。また、図12に示したような、Qスイッチでパルス発振させ、波長変換結晶で2倍波、3倍波の高調波のレーザ光を出力するタイプの紫外レーザ光発振器60では、発振周波数を上げるとパワーが低下するという特性がある。これは、発振周波数を上げると高エネルギー状態に励起されるレーザ媒質の原子数が少なくなるためである。従って、パルスレーザの発振周波数を上げる方法も使用することができない。また、レーザパワーを上げてレーザ光の面積を大きくする方法は、パワーを上げることは比較的簡単に実行できるが、レーザ光の面積を大きくする(変える)ことは容易ではない。   However, since the pulse width is determined by the characteristics of the laser, it is not easy to increase the pulse width. Further, in the ultraviolet laser light oscillator 60 of the type as shown in FIG. 12 that pulsates with a Q switch and outputs a laser beam of a second harmonic wave or a third harmonic wave with a wavelength conversion crystal, the oscillation frequency is increased. And there is a characteristic that power decreases. This is because when the oscillation frequency is increased, the number of atoms in the laser medium that is excited to a high energy state decreases. Therefore, a method of increasing the oscillation frequency of the pulse laser cannot be used. Further, in the method of increasing the laser power to increase the area of the laser light, it is relatively easy to increase the power, but it is not easy to increase (change) the area of the laser light.

すなわち、レーザ光50のプロファイル(強度分布)は、レーザ光の面積(300×200μm)内で均一になるようレーザ光学系61(図12)で整形されている。レーザ光学系61はシリンドリカルレンズの組み合わせで構成されているため、面積を変えるためには新たな光学系を準備する必要があり、レーザパワーに対応して面積を変えることは量産装置としては不可能である。   That is, the profile (intensity distribution) of the laser beam 50 is shaped by the laser optical system 61 (FIG. 12) so as to be uniform within the area (300 × 200 μm) of the laser beam. Since the laser optical system 61 is composed of a combination of cylindrical lenses, it is necessary to prepare a new optical system in order to change the area, and it is impossible for a mass production apparatus to change the area according to the laser power. It is.

そこで、本発明に係る実施の形態2においては、高スループットで低抵抗なオーミック接続が得られるレーザアニール法について説明する。   Therefore, in the second embodiment according to the present invention, a laser annealing method capable of obtaining a high-throughput, low-resistance ohmic connection will be described.

図19には、実施の形態2の製造方法で使用するレーザアニール装置の構成を示すブロック図を示す。図19に示すレーザアニール装置は、ステージ63aをレーザ光50に対して所定角度傾けて設置することが可能に構成されている。なお、その他、図12を用いて説明したレーザアニール装置と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、レーザ光50の面積は300×200μmであり実施の形態1と同じであるが、レーザ光50のパワーは17Wである。   FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a laser annealing apparatus used in the manufacturing method of the second embodiment. The laser annealing apparatus shown in FIG. 19 is configured such that the stage 63a can be installed at a predetermined angle with respect to the laser beam 50. In addition, about the same structure as the laser annealing apparatus demonstrated using FIG. 12, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted. The area of the laser beam 50 is 300 × 200 μm, which is the same as in the first embodiment, but the power of the laser beam 50 is 17W.

そして、ステージ63aとレーザ光50に垂直な面とのなす角度Dを45°とした。これにより、SiC半導体ウエハ30上でのレーザ光50の面積は1.4倍になる。正確には1/cosD=1.414倍である。   The angle D formed by the stage 63a and the surface perpendicular to the laser beam 50 was 45 °. Thereby, the area of the laser beam 50 on the SiC semiconductor wafer 30 is 1.4 times. To be precise, 1 / cosD = 1.414 times.

ここで、レーザ光50のパワーは17Wとしたので、12Wであった実施の形態1の場合の約1.41倍となり、SiC半導体ウエハ30上のレーザ光50のパワー密度は実施の形態2と同じになる(17W/1.414≒12W)。   Here, since the power of the laser beam 50 is 17 W, the power density of the laser beam 50 on the SiC semiconductor wafer 30 is about 1.41 times that in the first embodiment, which is 12 W. It becomes the same (17W / 1.414 ≒ 12W).

なお、実施の形態2では、ステージ63aにとってのX方向は、図19に示した矢印Eの方向であり、ステージ63aを傾けた状態でこの方向に走査する動作が、X方向走査である。   In the second embodiment, the X direction for the stage 63a is the direction of the arrow E shown in FIG. 19, and the scanning operation in this direction with the stage 63a tilted is the X direction scanning.

そして、1ラインの走査が終了した後、ステージ63aを矢印Eに垂直な方向に180μm移動させる。これがY方向の走査である。   After the scanning of one line is completed, the stage 63a is moved by 180 μm in the direction perpendicular to the arrow E. This is scanning in the Y direction.

なお、実施の形態2では、ステージ63aをX方向に実施の形態1での走査速度20cm/秒の1.4倍(正確には1/cosD=1.414倍)の速度28cm/秒で走査する。ステージ63aの走査速度を1.4倍にしても、ビーム径も1.4倍になっているため、ニッケル膜91の任意の1点が照射される回数は15回(=300μm×1.4/(20μm×1.4))で変わらない。   In the second embodiment, the stage 63a is scanned in the X direction at a speed of 28 cm / sec, which is 1.4 times the scanning speed of 20 cm / sec in the first embodiment (exactly 1 / cosD = 1.414 times). To do. Even if the scanning speed of the stage 63a is 1.4 times, the beam diameter is also 1.4 times. Therefore, the number of times one point of the nickel film 91 is irradiated is 15 times (= 300 μm × 1.4). / (20 μm × 1.4)).

レーザ光50の照射走査速度を実施の形態1より1.4倍(正確には1/cosD=1.414倍)にしているため、SiC半導体ウエハ30全体にレーザ光50を照射する時間は0.7倍(正確にはcosD=0.7071倍)になり、処理時間を約30%短縮することができる。   Since the irradiation scanning speed of the laser beam 50 is 1.4 times that of the first embodiment (more precisely, 1 / cosD = 1.414 times), the time for irradiating the entire SiC semiconductor wafer 30 with the laser beam 50 is 0. 0.7 times (more accurately, cosD = 0.0701 times), and the processing time can be reduced by about 30%.

ここで、ステージ63aの傾き角度Dを変えた場合の各パラメータの実施の形態1に対する変化の度合いを以下の表2に示す。   Here, the degree of change of each parameter with respect to the first embodiment when the tilt angle D of the stage 63a is changed is shown in Table 2 below.

Figure 0006053968
Figure 0006053968

ここで、各パラメータとしては、全照射面積、走査時間、必要パワー、レーザ光面積、走査速度、パワー増分、短縮時間および効率(=短縮時間/パワー増分)の関係を示す。なお、全照射面積、走査時間、必要パワー、レーザ光面積、走査速度、パワー増分、短縮時間および効率は、それぞれcosD、cosD、1/cosD、1/cosD、1/cosD、1/cosD−1、1−cosDおよび(1−cosD)/(1/cosD−1)で与えられ、表2では、ステージ63aの傾き角度Dが0°の場合(すなわち実施の形態1の各パラメータ)に対する倍率で表示している。   Here, as each parameter, the relationship between the total irradiation area, scanning time, required power, laser light area, scanning speed, power increment, shortening time, and efficiency (= shortening time / power increment) is shown. The total irradiation area, scanning time, required power, laser light area, scanning speed, power increment, shortening time, and efficiency are cosD, cosD, 1 / cosD, 1 / cosD, 1 / cosD, and 1 / cosD-1, respectively. , 1-cosD and (1-cosD) / (1 / cosD-1), and in Table 2, the magnification with respect to the case where the tilt angle D of the stage 63a is 0 ° (that is, each parameter of the first embodiment) it's shown.

表2から角度Dが小さいときはパワー増分は小さく、すなわちパワーを少し増加させるだけで良いが、処理時間はほとんど短縮されない。一方、角度Dを大きくすれば走査時間は短くなるが、必要なレーザパワーが急激に増大する傾向にあることが判る。実用的には角度Dは30°〜60°の範囲、効率では0.8660から0.5の範囲で設定することが望ましい。   From Table 2, when the angle D is small, the power increment is small, that is, it is only necessary to slightly increase the power, but the processing time is hardly shortened. On the other hand, increasing the angle D shortens the scanning time, but it can be seen that the required laser power tends to increase rapidly. Practically, it is desirable to set the angle D in the range of 30 ° to 60 °, and the efficiency in the range of 0.8660 to 0.5.

なお、ステージ63aを図19の矢印Eで示した方向に走査するのは、レーザ光50がSiC半導体ウエハ30に照射される位置を変えないためである。レーザ光学系61は照射位置で焦点を結び、この焦点においてレーザ光50のプロファイル(強度分布)が均一になるよう調整しているからである。   The reason why stage 63a is scanned in the direction indicated by arrow E in FIG. 19 is because the position at which laser beam 50 is irradiated onto SiC semiconductor wafer 30 is not changed. This is because the laser optical system 61 is focused at the irradiation position and adjusted so that the profile (intensity distribution) of the laser beam 50 is uniform at this focus.

以上説明したように、実施の形態2の製造方法では、レーザ光のパワーを上げると共に、ステージ63aを傾けて設置したので、実施の形態1の製造方法で得られた低抵抗のオーミック接続を、実施の形態1の製造方法よりも短い時間で実現することができる。   As described above, in the manufacturing method of the second embodiment, the power of the laser beam is increased and the stage 63a is tilted, so that the low resistance ohmic connection obtained by the manufacturing method of the first embodiment is obtained. This can be realized in a shorter time than the manufacturing method of the first embodiment.

(その他の適用例)
以上説明した実施の形態1および2においては、縦型の炭化珪素MOSFETに本発明を適用するものとして説明したが、本発明の適用範囲はMOSFETに限定されない。
(Other application examples)
In the first and second embodiments described above, the present invention has been described as being applied to a vertical silicon carbide MOSFET, but the scope of the present invention is not limited to a MOSFET.

図20は、他の適用例としてのショットキーバリアダイオード(SBD)200の断面構成を示した図である。   FIG. 20 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a Schottky barrier diode (SBD) 200 as another application example.

図20に示すように、SBD200は、n型不純物を比較的高濃度(n)に含むSiC基板1上に形成されている。なお、SiC基板1は、その厚さが150μm以下まで薄板化されている。As shown in FIG. 20, SBD 200 is formed on SiC substrate 1 containing an n-type impurity at a relatively high concentration (n + ). The SiC substrate 1 is thinned to a thickness of 150 μm or less.

SiC基板1の主面上には、n型不純物を比較的低濃度(n)に含む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、例えばエピタキシャル成長により形成される。On the main surface of SiC substrate 1, drift layer 2 which is a semiconductor layer containing an n-type impurity at a relatively low concentration (n ) is formed. The drift layer 2 is formed by, for example, epitaxial growth.

ドリフト層2の上層部には、p型不純物を含む2つのイオン注入領域70が離間して形成されており、ドリフト層2の上には、離間した2つのイオン注入領域70間に渡るように形成されたショットキー電極71が設けられている。そして、ショットキー電極71上には配線電極(アノード電極)72が形成され、ショットキー電極71と配線電極72の端縁部を覆うように保護膜18が設けられている。   Two ion implantation regions 70 containing a p-type impurity are formed apart from each other in the upper layer portion of the drift layer 2, and over the drift layer 2 so as to extend between the two ion implantation regions 70 separated from each other. A formed Schottky electrode 71 is provided. A wiring electrode (anode electrode) 72 is formed on the Schottky electrode 71, and the protective film 18 is provided so as to cover the edge portions of the Schottky electrode 71 and the wiring electrode 72.

SiC基板1の裏面(ドリフト層2が設けられた側とは反対の主面)上には、炭素膜とシリサイド膜との積層構造の裏面電極80が形成されている。なお、図20では、便宜的に単層構造のように示している。そして、裏面電極80上には、例えばニッケル(Ni)膜と金(Au)膜の積層膜で構成される裏面接続電極(カソード電極)81が形成されている。なお、図20では、便宜的に単層構造のように示している。   On the back surface of SiC substrate 1 (main surface opposite to the side on which drift layer 2 is provided), a back surface electrode 80 having a laminated structure of a carbon film and a silicide film is formed. In FIG. 20, a single layer structure is shown for convenience. On the back electrode 80, a back connection electrode (cathode electrode) 81 made of, for example, a laminated film of a nickel (Ni) film and a gold (Au) film is formed. In FIG. 20, a single layer structure is shown for convenience.

ドリフト層2におけるn型不純物の濃度は、1×1015〜1×1017cm−3の範囲に設定される。また、ドリフト層2の厚さは5〜50μmの範囲に設定される。The concentration of the n-type impurity in the drift layer 2 is set in the range of 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 . The thickness of the drift layer 2 is set in the range of 5 to 50 μm.

イオン注入領域70は、p型不純物として、例えばAlをイオン注入することで形成され、その濃度は1×1015〜1×1017cm−3の範囲に設定される。The ion implantation region 70 is formed, for example, by ion implantation of Al as a p-type impurity, and the concentration thereof is set in a range of 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 .

ショットキー電極71はチタン(Ti)で形成され、その厚さは50〜200nmである。配線電極72は、例えばAlで形成され、その厚さは2〜5μmである。裏面電極80および裏面接続電極81は、それぞれ実施の形態1のドレイン電極9および裏面接続電極11と同じ材質および同じ構造であるので説明は省略する。   The Schottky electrode 71 is made of titanium (Ti) and has a thickness of 50 to 200 nm. The wiring electrode 72 is made of, for example, Al and has a thickness of 2 to 5 μm. The back surface electrode 80 and the back surface connection electrode 81 are the same material and the same structure as the drain electrode 9 and the back surface connection electrode 11 of Embodiment 1, respectively, and description thereof is omitted.

以上説明した構造のSBD200において、配線電極72に正電圧、裏面接続電極81に負電圧を印加すると電流が流れ、配線電極72に負電圧、裏面接続電極81に正電圧を印加すると電流が流れない。   In the SBD 200 having the structure described above, a current flows when a positive voltage is applied to the wiring electrode 72 and a negative voltage is applied to the back surface connection electrode 81, and no current flows when a negative voltage is applied to the wiring electrode 72 and a positive voltage is applied to the back surface connection electrode 81. .

イオン注入領域70は、裏面接続電極81に正の高電圧が印加されたとき電流が素子周辺部に流れないようにするために設けられている。このようにSBD200は、配線電極72および裏面接続電極81に印加される電圧の正負により整流を行う。   The ion implantation region 70 is provided in order to prevent a current from flowing to the periphery of the device when a positive high voltage is applied to the back surface connection electrode 81. In this way, the SBD 200 performs rectification by positive and negative of the voltage applied to the wiring electrode 72 and the back surface connection electrode 81.

ここで、SBD200の裏面電極80の材質および構造を、図4に示した炭化珪素MOSFET100のドレイン電極9と全く同じとすることで、高抵抗化の原因となるニッケルシリサイド層中の炭素を凝集させて炭素凝集体としてニッケルシリサイド層中に散在させることで、ニッケルシリサイド層中の炭素濃度が減少して低抵抗な裏面電極80が得られた。   Here, by making the material and structure of the back electrode 80 of the SBD 200 exactly the same as that of the drain electrode 9 of the silicon carbide MOSFET 100 shown in FIG. 4, carbon in the nickel silicide layer that causes high resistance is aggregated. By dispersing the carbon aggregates in the nickel silicide layer, the carbon concentration in the nickel silicide layer was reduced, and the low-resistance back electrode 80 was obtained.

(その他の変形例)
以上の説明においては、裏面電極をニッケルで形成する例を示したが、ニッケルに限定されるものではなく、SiCとの間で金属シリサイドを形成し、部分的に炭素凝集体ができる金属であれば裏面電極の材料として使用できる。例えばモリブデン(Mo)、コバルト(Co)、タングステン(W)などが使用できる。なお、ニッケルを用いた場合は、コスト的に安価となる。
(Other variations)
In the above description, an example in which the back electrode is formed of nickel is shown. However, the back electrode is not limited to nickel, and may be a metal that forms a metal silicide with SiC and partially forms a carbon aggregate. Can be used as a material for the back electrode. For example, molybdenum (Mo), cobalt (Co), tungsten (W), etc. can be used. When nickel is used, the cost is low.

また、以上の説明においては、ドリフト層2の上層部に設けたウェルコンタクト領域5上から、その周囲のソース領域3の一部上部にかけてRTA法により形成したシリサイド層17を設けた例を示したが、RTA法の代わりに、先に説明したレーザアニール法で形成しても良い。その場合はSiC基板1の(上部構成を含む)の全面に、例えばスパッタ法によりニッケル膜を形成した後に、レーザ光を照射すれば良い。   In the above description, an example in which the silicide layer 17 formed by the RTA method is provided from the well contact region 5 provided in the upper layer portion of the drift layer 2 to a part of the source region 3 around the well contact region 5 is provided. However, the laser annealing method described above may be used instead of the RTA method. In that case, a laser beam may be irradiated after a nickel film is formed on the entire surface of the SiC substrate 1 (including the upper structure), for example, by sputtering.

また、以上の説明においては、縦型のMOSFETやSBDへの適用を例示したが、電子と正孔の両方が伝導に寄与するバイポーラデバイス、例えば図3に示す断面構造において、SiC基板1の導電型を第2導電型(p型)とした、IGBTについても本発明を適用できることは言うまでもない。   In the above description, application to vertical MOSFETs and SBDs has been exemplified. However, in a bipolar device in which both electrons and holes contribute to conduction, for example, in the cross-sectional structure shown in FIG. It goes without saying that the present invention can also be applied to an IGBT whose type is the second conductivity type (p-type).

従って、本発明の適用範囲は、MOSFETなどのユニポーラデバイス、pnダイオードやIGBT等のバイポーラデバイスも含まれる。   Accordingly, the scope of application of the present invention includes unipolar devices such as MOSFETs, and bipolar devices such as pn diodes and IGBTs.

また、以上の説明においては、SiC基板1は、その厚さが150μm以下まで薄板化されているものとして説明したが、厚さが150μmを超えるSiC基板1であっても、本発明に係る製造方法を適用することで、高抵抗化の原因となるシリサイド層中の炭素を凝集させて炭素凝集体としてシリサイド層中に散在させ、シリサイド層中の炭素濃度を減少させて低抵抗な電極を得ることができることは言うまでもない。   In the above description, the SiC substrate 1 has been described as being thinned to a thickness of 150 μm or less. However, even the SiC substrate 1 having a thickness exceeding 150 μm is manufactured according to the present invention. By applying this method, carbon in the silicide layer that causes high resistance is aggregated and dispersed as carbon aggregates in the silicide layer, and the carbon concentration in the silicide layer is reduced to obtain a low-resistance electrode. It goes without saying that it can be done.

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。   Although the present invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the present invention is not limited thereto. It is understood that countless variations that are not illustrated can be envisaged without departing from the scope of the present invention.

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   Further, within the scope of the invention, the present invention can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted.

Claims (7)

厚さが150μm以下の炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板の第1の主面上に配設された半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第1の電極と、
前記炭化珪素半導体基板の前記第1の主面とは反対側の第2の主面上に設けられた第2の電極と、を備え、前記炭化珪素半導体基板に対して垂直な方向に主電流が流れる炭化珪素半導体装置であって、
前記第2の電極は、
前記炭化珪素半導体基板側から順に、炭素層、金属シリサイド層および金属膜が積層された積層構造を有し、
前記金属シリサイド層に包まれて、炭素が凝集した直径100〜200nmの複数の炭素凝集体が散在することを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide semiconductor substrate having a thickness of 150 μm or less ;
A semiconductor layer disposed on a first main surface of the silicon carbide semiconductor substrate;
A first electrode provided on the semiconductor layer;
A second electrode provided on a second main surface opposite to the first main surface of the silicon carbide semiconductor substrate, and a main current in a direction perpendicular to the silicon carbide semiconductor substrate A silicon carbide semiconductor device through which
The second electrode is
In order from the silicon carbide semiconductor substrate side, it has a laminated structure in which a carbon layer, a metal silicide layer, and a metal film are laminated,
A silicon carbide semiconductor device characterized in that a plurality of carbon aggregates having a diameter of 100 to 200 nm in which carbon is aggregated are scattered in the metal silicide layer.
前記金属シリサイド層は、ニッケルシリサイド層である、請求項1記載の炭化珪素半導体装置。   The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the metal silicide layer is a nickel silicide layer. (a)炭化珪素半導体基板を準備する工程と、
(b)前記炭化珪素半導体基板の第1の主面上に半導体層を形成する工程と、
(c)前記半導体層上に第1の電極を形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記炭化珪素半導体基板の前記第1の主面とは反対側の第2の主面を研削して、前記炭化珪素半導体基板の厚さを減ずる工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記第2の主面上に第2の電極を形成する工程と、を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記工程(e)は、
(e−1)前記第2の主面上に金属膜を形成する工程と、
(e−2)前記金属膜上に前記炭化珪素半導体基板の全面よりも小さい面積のレーザ光をパルス的に照射しながら、前記炭化珪素半導体基板上を走査して、前記金属膜を金属シリサイド層に改質する工程と、
(e−3)前記金属シリサイド層の最表面の炭素層を除去する工程と、
を有し、
前記工程(e−2)は、
前記金属シリサイド層中に、前記金属シリサイド層に包まれて、炭素が凝集した炭素凝集体が形成されるまでの時間、一定のパワー密度で前記レーザ光を照射する工程を含む、炭化珪素半導体装置の製造方法。
(A) preparing a silicon carbide semiconductor substrate;
(B) forming a semiconductor layer on the first main surface of the silicon carbide semiconductor substrate;
(C) forming a first electrode on the semiconductor layer;
(D) after the step (c), grinding the second main surface opposite to the first main surface of the silicon carbide semiconductor substrate to reduce the thickness of the silicon carbide semiconductor substrate; ,
(E) a step of forming a second electrode on the second main surface after the step (d), and a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device,
The step (e)
(E-1) forming a metal film on the second main surface;
(E-2) While irradiating the metal film with a laser beam having an area smaller than the entire surface of the silicon carbide semiconductor substrate in a pulsed manner, the silicon carbide semiconductor substrate is scanned to make the metal film a metal silicide layer. A process of reforming to
(E-3) removing the outermost carbon layer of the metal silicide layer;
Have
The step (e-2)
A silicon carbide semiconductor device comprising a step of irradiating the laser beam at a constant power density for a period of time until a carbon aggregate formed by agglomeration of carbon enclosed in the metal silicide layer is formed in the metal silicide layer Manufacturing method.
前記工程(e−2)は、The step (e-2)
前記レーザ光を112.5nsec以上照射する工程を含む、請求項3記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Claim 3 including the process of irradiating the said laser beam for 112.5 nsec or more.
前記工程(e−2)は、
前記レーザ光に対して垂直となるように前記炭化珪素半導体基板を配置して前記レーザ光を照射する工程を含む、請求項3または請求項4記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step (e-2)
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3 , further comprising a step of arranging the silicon carbide semiconductor substrate so as to be perpendicular to the laser light and irradiating the laser light.
前記工程(e−2)は、
前記レーザ光に対して垂直よりも小さい角度となるように前記炭化珪素半導体基板を傾けて前記レーザ光を照射する工程を含む、請求項3または請求項4記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step (e-2)
5. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3 , further comprising a step of irradiating the laser light while tilting the silicon carbide semiconductor substrate so as to have an angle smaller than perpendicular to the laser light.
前記工程(e−1)は、
前記金属膜としてニッケル膜を形成する工程を含み、
前記金属シリサイド層は、ニッケルシリサイド層である、請求項3または請求項4記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step (e-1)
Forming a nickel film as the metal film,
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3 , wherein the metal silicide layer is a nickel silicide layer.
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