JP6086360B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

従来、電力損失を大幅に低減することができるパワー半導体装置として、炭化珪素(SiC)からなるMOS(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)構造の炭化珪素半導体装置が公知である(例えば、下記特許文献1参照。)。下記特許文献1では、ゲート電極上に形成される層間絶縁膜として低温酸化(LTO:Low Temperature Oxidation)膜を形成した場合、その後の熱処理工程においてクラックが発生し、LTO膜上に形成されるおもて面電極の形状不良が発生するという問題に対して、層間絶縁膜としてBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)膜を形成し、クラックや電極形成不良の発生を防止する方法を提案している。   Conventionally, a silicon carbide semiconductor device having a MOS (metal-oxide-semiconductor-insulated gate) structure made of silicon carbide (SiC) is known as a power semiconductor device capable of greatly reducing power loss (for example, (See Patent Document 1 below.) In Patent Document 1 below, when a low temperature oxidation (LTO) film is formed as an interlayer insulating film formed on a gate electrode, cracks are generated in the subsequent heat treatment process, and the film is formed on the LTO film. In order to solve the problem that the surface electrode has a defective shape, a method has been proposed in which a BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) film is formed as an interlayer insulating film to prevent the occurrence of cracks and defective electrode formation.

また、下記特許文献1では、おもて面電極として形成されるソース電極の電極材料としてn型半導体に対してオーミック性を示す例えばニッケル(Ni)などの電極材料を用いる場合、この電極材料がBPSG膜中に拡散し、BPSG膜の絶縁性が低下するという問題が確認されている。このような問題を解消する方法として、下記特許文献1では、BPSG膜をリフロー処理した後に、ニッケル拡散のバリア層となるTEOS(Tetra Ethyl Oxy Silicate)膜をBPSG膜上に形成することにより、BPSG膜上に形成されるおもて面電極の電極材料であるニッケルがBPSG膜中に拡散することを防止する方法が提案されている。   In Patent Document 1 below, when an electrode material such as nickel (Ni) that exhibits ohmic properties with respect to an n-type semiconductor is used as an electrode material of a source electrode formed as a front surface electrode, this electrode material is It has been confirmed that the BPSG film diffuses into the BPSG film and the insulating property of the BPSG film decreases. As a method for solving such a problem, in Patent Document 1 below, after reflowing a BPSG film, a TEOS (Tetra Ethyl Oxide Silicate) film that becomes a nickel diffusion barrier layer is formed on the BPSG film. There has been proposed a method for preventing nickel, which is an electrode material of the front surface electrode formed on the film, from diffusing into the BPSG film.

特開2009−4573号公報JP 2009-4573 A

しかしながら、上記特許文献1では、次の問題が生じる。図7は、従来のMOS型炭化珪素半導体装置の構成の一部を模式的に示す断面図である。図8は、層間絶縁膜中のリン濃度およびボロン濃度と層間絶縁膜のテーパー角度との関係を示す特性図である。図9は、従来の層間絶縁膜のリフロー温度とゲート絶縁膜・炭化珪素半導体界面の界面準位密度との関係を示す特性図である。BPSG膜中のリン(P)およびボロン(B)の不純物濃度が低い場合、BPSG膜の軟化点が高くなり、BPSG膜で形成された層間絶縁膜104のリフロー性が悪化する。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, the following problem occurs. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a part of the configuration of a conventional MOS type silicon carbide semiconductor device. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the phosphorus concentration and boron concentration in the interlayer insulating film and the taper angle of the interlayer insulating film. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the reflow temperature of a conventional interlayer insulating film and the interface state density at the gate insulating film / silicon carbide semiconductor interface. When the impurity concentration of phosphorus (P) and boron (B) in the BPSG film is low, the softening point of the BPSG film becomes high, and the reflow property of the interlayer insulating film 104 formed of the BPSG film is deteriorated.

層間絶縁膜104のリフロー性が悪化した場合、図8に示すように層間絶縁膜104のテーパー角度θが例えば90°以下となるため、層間絶縁膜104上に形成されるTEOS膜のステップカバレッジが悪化する。TEOS膜のステップカバレッジが悪化することにより、電極形成不良の発生する虞がある。層間絶縁膜104のテーパー角度θとは、ゲート絶縁膜102を介して炭化珪素基板101上に形成されたゲート電極103により、層間絶縁膜104に形成された段差部105の、炭化珪素基板101主面に対する角度に対する傾きである。   When the reflow property of the interlayer insulating film 104 deteriorates, the taper angle θ of the interlayer insulating film 104 becomes, for example, 90 ° or less as shown in FIG. 8, and therefore the step coverage of the TEOS film formed on the interlayer insulating film 104 is increased. Getting worse. Deterioration of the step coverage of the TEOS film may cause electrode formation defects. The taper angle θ of the interlayer insulating film 104 refers to the main part of the silicon carbide substrate 101 at the step portion 105 formed in the interlayer insulating film 104 by the gate electrode 103 formed on the silicon carbide substrate 101 through the gate insulating film 102. It is the inclination with respect to the angle to the surface.

層間絶縁膜104の平坦性は、リフロー温度を高くすることにより改善することができる。しかしながら、MOS構造の炭化珪素半導体装置の作製(製造)において、ゲート絶縁膜102形成後に900℃以上の温度で熱処理を行った場合、図9に示すようにゲート絶縁膜102と炭化珪素基板101との界面(ゲート絶縁膜・炭化珪素半導体界面)の界面準位密度が増加し、チャネル移動度が低下するという問題がある。   The flatness of the interlayer insulating film 104 can be improved by increasing the reflow temperature. However, in the manufacture (manufacturing) of a silicon carbide semiconductor device having a MOS structure, when heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. or higher after forming the gate insulating film 102, the gate insulating film 102, the silicon carbide substrate 101, and There is a problem that the interface state density of the interface (gate insulating film / silicon carbide semiconductor interface) increases and the channel mobility decreases.

ソース電極の電極材料の層間絶縁膜中への拡散を防止する別の方法として、層間絶縁膜とソース電極との間にバリアメタル膜として窒化チタン(TiN)膜、またはチタン(Ti)と窒化チタンとの積層膜を形成する方法が公知である。しかしながら、層間絶縁膜としてBPSG膜を形成する場合、BPSG膜中のボロンはチタンとの密着性が悪いため、ソース電極が剥離しやすいという問題がある。   As another method for preventing diffusion of the electrode material of the source electrode into the interlayer insulating film, a titanium nitride (TiN) film or a titanium (Ti) and titanium nitride film is used as a barrier metal film between the interlayer insulating film and the source electrode. A method for forming a laminated film is known. However, when a BPSG film is formed as an interlayer insulating film, there is a problem in that the boron in the BPSG film has poor adhesion to titanium, so that the source electrode is easily peeled off.

層間絶縁膜とソース電極との間にチタンを主成分とするバリアメタル膜を形成する場合、層間絶縁膜として形成するBPSG膜中のボロン濃度を低くすることで層間絶縁膜とソース電極との密着性を改善することができる。しかしながら、上述したようにBPSG膜中のボロン濃度を低くした場合、BPSG膜中のボロン濃度の低下に伴い、層間絶縁膜の平坦性が悪くなり、バリアメタル膜のステップカバレッジが悪化するという問題が生じる。   When a barrier metal film mainly composed of titanium is formed between the interlayer insulating film and the source electrode, the adhesion between the interlayer insulating film and the source electrode is reduced by lowering the boron concentration in the BPSG film formed as the interlayer insulating film. Can improve sex. However, when the boron concentration in the BPSG film is lowered as described above, there is a problem that the flatness of the interlayer insulating film is deteriorated and the step coverage of the barrier metal film is deteriorated as the boron concentration in the BPSG film is lowered. Arise.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、絶縁性の高い層間絶縁膜を有する炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、電極形成不良を防止することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、絶縁膜と半導体との接合界面における界面特性劣化を防止することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having an interlayer insulating film having a high insulating property in order to solve the above-described problems caused by the prior art. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of preventing electrode formation defects in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of preventing deterioration in interface characteristics at the bonding interface between an insulating film and a semiconductor in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. To do.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の第1主面に、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度が低い第1導電型炭化珪素エピタキシャル層を成長させる工程と、前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層の表面に、金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート構造を形成する工程と、リンおよびボロンを含まない不純物からなる第1層間絶縁膜で前記絶縁ゲート構造を構成するゲート導電膜を覆う工程と、リンおよびボロンを含む不純物からなる第2層間絶縁膜で前記第1層間絶縁膜を覆う工程と、熱処理によって、前記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、前記第1層間絶縁膜および前記第2層間絶縁膜を深さ方向に貫通するコンタクトホールを形成する工程と、前記第2層間絶縁膜中のボロンの拡散を防ぐためのキャップ絶縁膜で前記第2層間絶縁膜を覆う工程と、少なくともチタンを含むバリアメタル膜で前記キャップ絶縁膜を覆う工程と、前記バリアメタル膜の表面と前記コンタクトホールとを覆うように入力電極を形成する工程と、前記炭化珪素基板の第2主面に出力電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type having a lower impurity concentration than the silicon carbide substrate on a first main surface of a silicon carbide substrate. A step of growing a silicon carbide epitaxial layer, a step of forming an insulated gate structure made of a metal-oxide film-semiconductor on the surface of the first conductivity type silicon carbide epitaxial layer, and a first step made of an impurity containing no phosphorus and boron. A step of covering the gate conductive film constituting the insulated gate structure with one interlayer insulating film, a step of covering the first interlayer insulating film with a second interlayer insulating film made of an impurity containing phosphorus and boron, and heat treatment, Planarizing the second interlayer insulating film; forming a contact hole penetrating through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film in the depth direction; A step of covering the second interlayer insulating film with a cap insulating film for preventing diffusion of boron in the interlayer insulating film; a step of covering the cap insulating film with a barrier metal film containing at least titanium; and a surface of the barrier metal film And forming the input electrode so as to cover the contact hole and forming the output electrode on the second main surface of the silicon carbide substrate.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2層間絶縁膜中に含まれる不純物の総不純物濃度は4wt%以上12wt%未満であることを特徴とする。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the total impurity concentration of impurities contained in the second interlayer insulating film is not less than 4 wt% and less than 12 wt%.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2層間絶縁膜中のボロン濃度は2wt%以上5.5wt%未満であることを特徴とする。   In the method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, the boron concentration in the second interlayer insulating film is 2 wt% or more and less than 5.5 wt% in the above-described invention.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記キャップ絶縁膜は、TEOS、NSG、HTO、窒化シリコン、LTO、PSGおよびボロン濃度1wt%未満のBPSGのいずれか1つを主成分とする単層膜、もしくは2つ以上が積層されてなる積層膜からなることを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, the cap insulating film is any one of TEOS, NSG, HTO, silicon nitride, LTO, PSG, and BPSG having a boron concentration of less than 1 wt%. It is characterized by comprising a single layer film containing two main components or a laminated film in which two or more layers are laminated.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記熱処理の温度は、750℃以上900℃未満であることを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the temperature of the heat treatment is 750 ° C. or higher and lower than 900 ° C.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記キャップ絶縁膜の厚さは、前記第2層間絶縁膜の厚さの30%以下であることを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the thickness of the cap insulating film is 30% or less of the thickness of the second interlayer insulating film.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、化学気相成長法により、大気圧より低い減圧状態で前記ゲート導電膜を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the gate conductive film is formed under a reduced pressure lower than atmospheric pressure by a chemical vapor deposition method.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記熱処理は、水素を4mol%含む雰囲気中で行うことを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the heat treatment is performed in an atmosphere containing 4 mol% of hydrogen.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記絶縁ゲート構造を形成する工程は、前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層の表面層に、第1の第2導電型半導体領域を選択的に形成する工程と、前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層および前記第1の第2導電型半導体領域の表面に、前記第1の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度が低い第2導電型炭化珪素エピタキシャル層を成長させる工程と、前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層の表面層に、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度が高い第1の第1導電型半導体領域を形成する工程と、前記第1の第1導電型半導体領域に接し、かつ前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層を貫通し前記第1の第2導電型半導体領域に接するように、前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層よりも不純物濃度が高い第2の第2導電型半導体領域を形成する工程と、前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層を貫通し前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層に達するように、前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層よりも不純物濃度が高く、かつ前記第1の第1導電型半導体領域よりも不純物濃度が低い第1導電型チャネル領域を形成する工程と、前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層の、前記第1の第1導電型半導体領域と前記第1導電型チャネル領域とに挟まれた部分の表面に、ゲート絶縁膜を介して前記ゲート導電膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the step of forming the insulated gate structure may include forming a first second conductive layer on a surface layer of the first conductive type silicon carbide epitaxial layer. A step of selectively forming a type semiconductor region, and an impurity concentration in the surfaces of the first conductive type silicon carbide epitaxial layer and the first second conductive type semiconductor region than in the first second conductive type semiconductor region. A step of growing a second conductivity type silicon carbide epitaxial layer having a low conductivity, and a first first conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the silicon carbide substrate on the surface layer of the second conductivity type silicon carbide epitaxial layer. A step of forming and contacting the first first conductivity type semiconductor region and penetrating the second conductivity type silicon carbide epitaxial layer to contact the first second conductivity type semiconductor region Forming a second second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the second conductivity type silicon carbide epitaxial layer, and penetrating through the second conductivity type silicon carbide epitaxial layer, the first conductivity type silicon carbide. Forming a first conductivity type channel region having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type silicon carbide epitaxial layer and lower than that of the first first conductivity type semiconductor region so as to reach the epitaxial layer; And the gate conductive layer on the surface of the second conductive type silicon carbide epitaxial layer sandwiched between the first first conductive type semiconductor region and the first conductive type channel region via a gate insulating film. Forming a film.

上述した発明によれば、層間絶縁膜上にバリアメタル膜を形成することにより、入力電極を構成する電極材料が層間絶縁膜へ拡散することを防止することができる。これにより、層間絶縁膜の絶縁性が低下することを防止することができる。   According to the above-described invention, it is possible to prevent the electrode material constituting the input electrode from diffusing into the interlayer insulating film by forming the barrier metal film on the interlayer insulating film. Thereby, it can prevent that the insulation of an interlayer insulation film falls.

また、上述した発明によれば、層間絶縁膜の少なくとも最表面層以外(第1層間絶縁膜)をリンおよびボロンを含まない不純物からなる絶縁体で構成することにより、層間絶縁膜中のリンおよびボロンの不純物濃度を低くすることができる。これにより、層間絶縁膜上に形成したバリアメタル膜が剥離することを防止することができる。また、層間絶縁膜の少なくとも最表面層(第2層間絶縁膜)がリンおよびボロンを含む不純物からなる絶縁体で構成されるため、熱処理により層間絶縁膜を軟化させることができ、層間絶縁膜の良好な平坦性を実現することができる。これにより、層間絶縁膜上に形成されるバリアメタル膜の良好なカバレッジを実現することができる。   Further, according to the above-described invention, by forming at least the outermost surface layer of the interlayer insulating film (first interlayer insulating film) with an insulator made of impurities that do not contain phosphorus and boron, phosphorus in the interlayer insulating film and The impurity concentration of boron can be lowered. As a result, the barrier metal film formed on the interlayer insulating film can be prevented from peeling off. In addition, since at least the outermost surface layer (second interlayer insulating film) of the interlayer insulating film is made of an insulator made of impurities including phosphorus and boron, the interlayer insulating film can be softened by heat treatment. Good flatness can be realized. Thereby, good coverage of the barrier metal film formed on the interlayer insulating film can be realized.

また、上述した発明によれば、層間絶縁膜の最下層(第1層間絶縁膜)をリンおよびボロンを含まない不純物からなる絶縁体で構成し、かつ層間絶縁膜の表面にキャップ膜を形成することにより、層間絶縁膜中のボロンが拡散することを防止することができる。これにより、層間絶縁膜の軟化点が高くなることを防止することができる。また、層間絶縁膜の少なくとも最表面層(第2層間絶縁膜)は700℃以上900℃未満の低温度での熱処理で軟化可能な程度にリンおよびボロンを含む不純物からなる絶縁体で構成されるため、絶縁ゲート構造を構成するゲート絶縁膜−炭化珪素半導体界面の界面準位密度が増加することを防止することができる。したがって、チャネル移動度が低下することを防止することができる。   According to the above-described invention, the lowermost layer (first interlayer insulating film) of the interlayer insulating film is formed of an insulator made of impurities not containing phosphorus and boron, and the cap film is formed on the surface of the interlayer insulating film. Thus, it is possible to prevent boron in the interlayer insulating film from diffusing. Thereby, it is possible to prevent the softening point of the interlayer insulating film from increasing. Further, at least the outermost surface layer (second interlayer insulating film) of the interlayer insulating film is made of an insulator made of an impurity containing phosphorus and boron to such an extent that it can be softened by heat treatment at a low temperature of 700 ° C. or higher and lower than 900 ° C. Therefore, an increase in interface state density at the gate insulating film-silicon carbide semiconductor interface constituting the insulated gate structure can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent the channel mobility from decreasing.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、絶縁性の高い層間絶縁膜を有する炭化珪素半導体装置を提供することができるという効果を奏する。また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、電極形成不良を防止することができるという効果を奏する。また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、絶縁膜と半導体との接合界面における界面特性劣化を防止することができるという効果を奏する。   According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present invention, it is possible to provide a silicon carbide semiconductor device having a highly insulating interlayer insulating film. Moreover, according to the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device concerning this invention, there exists an effect that the electrode formation defect can be prevented. In addition, according to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present invention, it is possible to prevent deterioration in interface characteristics at the bonding interface between the insulating film and the semiconductor.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 従来のMOS型炭化珪素半導体装置の構成の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of structure of the conventional MOS type silicon carbide semiconductor device. 層間絶縁膜中のリン濃度およびボロン濃度と層間絶縁膜のテーパー角度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the phosphorus concentration and boron concentration in the interlayer insulating film and the taper angle of the interlayer insulating film. 従来の層間絶縁膜のリフロー温度とゲート絶縁膜・炭化珪素半導体界面の界面準位密度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the reflow temperature of the conventional interlayer insulation film, and the interface state density of a gate insulation film and a silicon carbide semiconductor interface.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

(実施の形態)
まず、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法により作製(製造)される炭化珪素半導体装置について、炭化珪素MOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)を例に説明する。図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す断面図である。図1に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置において、n+型炭化珪素基板1のおもて面(第1主面)には、n型炭化珪素エピタキシャル層(第1導電型炭化珪素エピタキシャル層)2が堆積されている。
(Embodiment)
First, a silicon carbide semiconductor device manufactured (manufactured) by the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described using a silicon carbide MOSFET (insulated gate field effect transistor) as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. As shown in FIG. 1, in the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment, an n-type silicon carbide epitaxial layer (first conductivity type) is formed on the front surface (first main surface) of n + -type silicon carbide substrate 1. A silicon carbide epitaxial layer) 2 is deposited.

n型炭化珪素エピタキシャル層2の表面には、MOS(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)構造が形成されている。具体的には、n型炭化珪素エピタキシャル層2のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面層には、p+型ベース領域(第1の第2導電型半導体領域)3が選択的に設けられている。n型炭化珪素エピタキシャル層2およびp+型ベース領域3の表面には、p-型炭化珪素エピタキシャル層(第2導電型炭化珪素エピタキシャル層)4が堆積されている。p-型炭化珪素エピタキシャル層4は、p+型ベース領域3とともにベース領域を構成する。 On the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 2, a MOS (metal-oxide film-insulated gate made of semiconductor) structure is formed. Specifically, ap + type base region (first second conductivity type semiconductor region) 3 is formed on the surface layer of n type silicon carbide epitaxial layer 2 opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side. It is provided selectively. A p type silicon carbide epitaxial layer (second conductivity type silicon carbide epitaxial layer) 4 is deposited on the surfaces of n type silicon carbide epitaxial layer 2 and p + type base region 3. p type silicon carbide epitaxial layer 4 constitutes a base region together with p + type base region 3.

-型炭化珪素エピタキシャル層4のp+型ベース領域3上の部分には、p+型ベース領域3側に対して反対側の表面層に、n+型ソース領域(第1の第1導電型半導体領域)5およびp+型コンタクト領域(第2の第2導電型半導体領域)6が選択的に設けられている。p+型コンタクト領域6は、深さ方向にp-型炭化珪素エピタキシャル層4を貫通しp+型ベース領域3に達する。また、p+型コンタクト領域6は、n+型ソース領域5の、後述するn型チャネル領域7側に対して反対側に、n+型ソース領域5に接するように設けられている。 A portion of p type silicon carbide epitaxial layer 4 on p + type base region 3 is provided with an n + type source region (first first conductivity) on a surface layer opposite to p + type base region 3 side. Type semiconductor region) 5 and p + type contact region (second second conductivity type semiconductor region) 6 are selectively provided. P + type contact region 6 penetrates p type silicon carbide epitaxial layer 4 in the depth direction and reaches p + type base region 3. Further, p + -type contact region 6, the n + -type source region 5, on the opposite side with respect to the n-type channel region 7 side, which will be described later, is provided in contact with the n + -type source regions 5.

-型炭化珪素エピタキシャル層4のn型炭化珪素エピタキシャル層2上の部分には、深さ方向にp-型炭化珪素エピタキシャル層4を貫通しn型炭化珪素エピタキシャル層2に達するn型チャネル領域7が設けられている。n型チャネル領域7は、n+型ソース領域5に接していない。n型チャネル領域7は、n型炭化珪素エピタキシャル層2とともにドリフト領域を構成する。p-型炭化珪素エピタキシャル層4の、n+型ソース領域5とn型チャネル領域7とに挟まれた部分の表面には、ゲート絶縁膜8を介してゲート導電膜(ゲート電極)9が設けられている。ゲート導電膜9は、層間絶縁膜10で覆われている。 p - type in the n-type portion of the silicon carbide epitaxial layer 2 of the silicon carbide epitaxial layer 4, p in the depth direction - -type silicon carbide epitaxial layer 4 penetrates reaching the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 n-type channel region 7 is provided. N-type channel region 7 is not in contact with n + -type source region 5. N type channel region 7 forms a drift region together with n type silicon carbide epitaxial layer 2. A gate conductive film (gate electrode) 9 is provided on the surface of the portion of p type silicon carbide epitaxial layer 4 sandwiched between n + type source region 5 and n type channel region 7 via gate insulating film 8. It has been. The gate conductive film 9 is covered with an interlayer insulating film 10.

層間絶縁膜10は、第1層間絶縁膜(不図示)と、第2層間絶縁膜(不図示)とがゲート導電膜9側から順に積層されてなる。第1層間絶縁膜は、リンおよびボロンを含まない不純物からなる絶縁体で構成される。具体的には、第1層間絶縁膜は、例えば、不純物を含まない酸化シリコン(SiO2)系ガラス(NSG:Non−Doped Silicon Glass)からなる。第1層間絶縁膜は、層間絶縁膜10中のボロン(B)の拡散を防ぐ機能を有する。第2層間絶縁膜は、リンおよびボロンを含む不純物からなる絶縁体で構成される。具体的には、第2層間絶縁膜は、例えば熱処理により軟化可能なBPSG膜からなる。 The interlayer insulating film 10 is formed by laminating a first interlayer insulating film (not shown) and a second interlayer insulating film (not shown) in order from the gate conductive film 9 side. The first interlayer insulating film is made of an insulator made of impurities not containing phosphorus and boron. Specifically, the first interlayer insulating film is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) -based glass (NSG: Non-Doped Silicon Glass) that does not contain impurities. The first interlayer insulating film has a function of preventing diffusion of boron (B) in the interlayer insulating film 10. The second interlayer insulating film is made of an insulator made of impurities including phosphorus and boron. Specifically, the second interlayer insulating film is made of, for example, a BPSG film that can be softened by heat treatment.

層間絶縁膜10は、キャップ絶縁膜11で覆われている。キャップ絶縁膜11は、例えば、TEOS膜、NSG膜、熱酸化(HTO:Hot Thermal Oxide)膜、窒化シリコン(SiN)膜、LTO膜、PSG(Phosphorus Silicon Glass)膜、およびボロン濃度1wt%未満のBPSG膜のいずれかの単層膜、またはこれら2つ以上が積層されてなる積層膜であるのがよい。キャップ絶縁膜11は、層間絶縁膜10中のボロン(B)の拡散を防止する機能を有する。キャップ絶縁膜11は、少なくともチタン(Ti)を含むバリアメタル膜12で覆われている。バリアメタル膜12は、例えば窒化チタン(TiN)でできていてもよい。バリアメタル膜12は、ソース電極13やおもて面電極層14を構成する電極材料の層間絶縁膜10中への拡散を防止する機能を有する。   The interlayer insulating film 10 is covered with a cap insulating film 11. The cap insulating film 11 is, for example, a TEOS film, an NSG film, a thermal oxidation (HTO: Hot Thermal Oxide) film, a silicon nitride (SiN) film, an LTO film, a PSG (Phosphorus Silicon Glass) film, and a boron concentration of less than 1 wt%. It may be a single layer film of any of the BPSG films or a stacked film formed by stacking two or more of these. The cap insulating film 11 has a function of preventing the diffusion of boron (B) in the interlayer insulating film 10. The cap insulating film 11 is covered with a barrier metal film 12 containing at least titanium (Ti). The barrier metal film 12 may be made of, for example, titanium nitride (TiN). The barrier metal film 12 has a function of preventing the electrode material constituting the source electrode 13 and the front electrode layer 14 from diffusing into the interlayer insulating film 10.

バリアメタル膜12、キャップ絶縁膜11および層間絶縁膜10を深さ方向に貫通するコンタクトホールが設けられている。バリアメタル膜12の表面の一部とコンタクトホールとを覆い、コンタクトホールを介してn+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6に接するソース電極(第1電極)13が設けられている。ソース電極13は、層間絶縁膜10によってゲート導電膜9と電気的に絶縁されている。ソース電極13は、例えばニッケルからなる。 A contact hole penetrating the barrier metal film 12, the cap insulating film 11, and the interlayer insulating film 10 in the depth direction is provided. A source electrode (first electrode) 13 that covers a part of the surface of the barrier metal film 12 and the contact hole and is in contact with the n + type source region 5 and the p + type contact region 6 through the contact hole is provided. The source electrode 13 is electrically insulated from the gate conductive film 9 by the interlayer insulating film 10. The source electrode 13 is made of nickel, for example.

バリアメタル膜12およびソース電極13の表面には、例えばアルミシリサイド(Al−Si)からなるおもて面電極層14が設けられている。n+型炭化珪素基板1の裏面(第2主面)全面には、n+型炭化珪素基板1とオーミック接合を形成する例えばニッケル(Ni)およびチタン(Ti)からなる裏面オーミック電極15が設けられている。裏面オーミック電極15の表面には、例えばチタン、ニッケルおよび金(Au)が裏面オーミック電極15側から順に積層されてなる裏面電極層16が設けられている。裏面オーミック電極15および裏面電極層16は、ドレイン電極(出力電極)である。 On the surfaces of the barrier metal film 12 and the source electrode 13, a front electrode layer 14 made of, for example, aluminum silicide (Al—Si) is provided. n + -type silicon carbide rear surface of the substrate 1 in the (second main surface) entirely, the backside ohmic electrode 15 is provided made of, for example, nickel to form an n + -type silicon carbide substrate 1 and the ohmic junction (Ni) and titanium (Ti) It has been. On the surface of the backside ohmic electrode 15, a backside electrode layer 16 is provided in which, for example, titanium, nickel, and gold (Au) are sequentially stacked from the backside ohmic electrode 15 side. The back ohmic electrode 15 and the back electrode layer 16 are drain electrodes (output electrodes).

次に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図2〜6は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、図2に示すように、例えば厚さ340μmのn+型炭化珪素基板1を用意する。n+型炭化珪素基板1は、例えば炭化珪素の四層周期六方晶(4H−SiC)からなる炭化珪素単結晶基板である。n+型炭化珪素基板1のおもて面は、例えば(000−1)面であってもよい。なお、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。 Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described. FIGS. 2-6 is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment. First, as shown in FIG. 2, for example, an n + type silicon carbide substrate 1 having a thickness of 340 μm is prepared. The n + type silicon carbide substrate 1 is a silicon carbide single crystal substrate made of, for example, a four-layered periodic hexagonal crystal (4H—SiC) of silicon carbide. The front surface of n + type silicon carbide substrate 1 may be, for example, a (000-1) plane. In the present specification, in the Miller index notation, “−” means a bar attached to the index immediately after that, and “−” is added before the index to indicate a negative index.

次に、n+型炭化珪素基板1のおもて面に、n型炭化珪素エピタキシャル層2を形成する。n型炭化珪素エピタキシャル層2の不純物濃度および厚さは、例えば、それぞれ5×1015cm-3および10μmであってもよい。次に、例えばアルミニウム(Al)のイオン注入によって、n型炭化珪素エピタキシャル層2の表面層にp+型ベース領域3を選択的に形成する。p+型ベース領域3の不純物濃度は、2×1018cm-3であってもよい。 Next, n type silicon carbide epitaxial layer 2 is formed on the front surface of n + type silicon carbide substrate 1. The impurity concentration and thickness of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 may be, for example, 5 × 10 15 cm −3 and 10 μm, respectively. Next, the p + type base region 3 is selectively formed on the surface layer of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 by ion implantation of aluminum (Al), for example. The impurity concentration of the p + type base region 3 may be 2 × 10 18 cm −3 .

次に、n型炭化珪素エピタキシャル層2およびp+型ベース領域3の表面に、p-型炭化珪素エピタキシャル層4を形成する。p-型炭化珪素エピタキシャル層4の不純物濃度および厚さは、例えばそれぞれ5×1015cm-3および0.5μmであってもよい。次に、例えばリン(P)のイオン注入によって、p-型炭化珪素エピタキシャル層4の表面層にn+型ソース領域5を選択的に形成する。n+型ソース領域5の不純物濃度は、例えば2×1020cm-3であってもよい。 Next, p type silicon carbide epitaxial layer 4 is formed on the surfaces of n type silicon carbide epitaxial layer 2 and p + type base region 3. The impurity concentration and thickness of p type silicon carbide epitaxial layer 4 may be, for example, 5 × 10 15 cm −3 and 0.5 μm, respectively. Next, the n + type source region 5 is selectively formed in the surface layer of the p type silicon carbide epitaxial layer 4 by ion implantation of phosphorus (P), for example. The impurity concentration of the n + -type source region 5 may be 2 × 10 20 cm −3 , for example.

次に、図3に示すように、アルミニウムのイオン注入によって、n+型ソース領域5に接し、かつp-型炭化珪素エピタキシャル層4を深さ方向に貫通しp+型ベース領域3に達するp+型コンタクト領域6を選択的に形成する。p+型コンタクト領域6の不純物濃度は、例えば8×1020cm-3であってもよい。次に、窒素(N)のイオン注入によって、p-型炭化珪素エピタキシャル層4を深さ方向に貫通しn型炭化珪素エピタキシャル層2に達するn型チャネル領域7を選択的に形成する。次に、1600℃の温度で3分間の熱処理を行い、イオン注入により導入した不純物を活性化する。 Next, as shown in FIG. 3, by ion implantation of aluminum, the p + -type base region 3 is reached by contacting the n + -type source region 5 and penetrating the p -type silicon carbide epitaxial layer 4 in the depth direction. A + -type contact region 6 is selectively formed. The impurity concentration of the p + -type contact region 6 may be 8 × 10 20 cm −3 , for example. Next, an n-type channel region 7 that penetrates the p -type silicon carbide epitaxial layer 4 in the depth direction and reaches the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is selectively formed by ion implantation of nitrogen (N). Next, a heat treatment is performed at a temperature of 1600 ° C. for 3 minutes to activate the impurities introduced by ion implantation.

次に、図4に示すように、例えばドライ雰囲気において1100℃の温度で熱酸化を行い、n+型ソース領域5の一部からn型チャネル領域7にわたって、p-型炭化珪素エピタキシャル層4の、n+型ソース領域5とn型チャネル領域7とに挟まれた部分の表面にゲート絶縁膜8を厚さ50nmで形成する。次に、ゲート絶縁膜8上に、リンをドープしたポリシリコン(poly−Si)からなるゲート導電膜9を厚さ500nmで形成する。ゲート導電膜9は、例えば、大気圧より低い減圧状態で薄膜を化学気相成長(Chemical Vapor Deposition)させる減圧CVD(LP−CVD:Low Pressure−CVD)によって形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 4, for example, thermal oxidation is performed at a temperature of 1100 ° C. in a dry atmosphere, so that the p type silicon carbide epitaxial layer 4 extends from a part of the n + type source region 5 to the n type channel region 7. A gate insulating film 8 is formed to a thickness of 50 nm on the surface of the portion sandwiched between the n + type source region 5 and the n type channel region 7. Next, a gate conductive film 9 made of phosphorus-doped polysilicon (poly-Si) is formed on the gate insulating film 8 to a thickness of 500 nm. The gate conductive film 9 may be formed by, for example, low pressure CVD (LP-CVD) in which a thin film is subjected to chemical vapor deposition under a reduced pressure lower than atmospheric pressure.

次に、ゲート導電膜9上に、層間絶縁膜10として例えばNSGからなる第1層間絶縁膜10aを厚さ200nmで形成する。さらに、第1層間絶縁膜10a上に、層間絶縁膜10として例えばリン濃度2.7wt%およびボロン濃度3.6wt%のBPSGからなる第2層間絶縁膜10bを厚さ700nmで形成する。第2層間絶縁膜10b中に含まれる不純物の総不純物濃度は、4wt%以上12wt%未満であるのが好ましい。第2層間絶縁膜10b中のボロン濃度は、2wt%以上5.5wt%未満であるのが好ましい。これにより、750℃以上900℃以下程度のリフロー温度で、平坦性が良好な層間絶縁膜10を形成することができる。   Next, a first interlayer insulating film 10 a made of, for example, NSG is formed as an interlayer insulating film 10 on the gate conductive film 9 to a thickness of 200 nm. Further, on the first interlayer insulating film 10a, a second interlayer insulating film 10b made of, for example, BPSG having a phosphorus concentration of 2.7 wt% and a boron concentration of 3.6 wt% is formed as an interlayer insulating film 10 with a thickness of 700 nm. The total impurity concentration of impurities contained in the second interlayer insulating film 10b is preferably 4 wt% or more and less than 12 wt%. The boron concentration in the second interlayer insulating film 10b is preferably 2 wt% or more and less than 5.5 wt%. Thereby, the interlayer insulating film 10 with good flatness can be formed at a reflow temperature of about 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

次に、図5に示すように、例えば水素(H2)を窒素(N2)で4mol%に希釈した気体雰囲気中において800℃の温度で10分間の熱アニール処理(リフロー)を行い、層間絶縁膜10を平坦化する。次に、ドライエッチングによって、層間絶縁膜10を選択的に除去し、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6が露出するコンタクトホールを形成する。次に、図6に示すように、層間絶縁膜10を覆うキャップ絶縁膜11を厚さ160nmで形成する。キャップ絶縁膜11の厚さは、第2層間絶縁膜10bの厚さの30%以下であるのが好ましい。その理由は、後のシンタリングアニール時にキャップ膜にクラックが発生するのを防ぐためである。 Next, as shown in FIG. 5, for example, thermal annealing treatment (reflow) is performed at a temperature of 800 ° C. for 10 minutes in a gas atmosphere in which hydrogen (H 2 ) is diluted to 4 mol% with nitrogen (N 2 ), The insulating film 10 is planarized. Next, interlayer insulating film 10 is selectively removed by dry etching to form a contact hole in which n + type source region 5 and p + type contact region 6 are exposed. Next, as shown in FIG. 6, a cap insulating film 11 covering the interlayer insulating film 10 is formed with a thickness of 160 nm. The thickness of the cap insulating film 11 is preferably 30% or less of the thickness of the second interlayer insulating film 10b. The reason is to prevent the cap film from cracking during the subsequent sintering annealing.

次に、ドライエッチングによってキャップ絶縁膜11を選択的に除去し、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6が露出するコンタクトホールを再度形成する。次に、キャップ絶縁膜11を覆うように窒化チタンからなるバリアメタル膜12を厚さ100nmで形成する。次に、バリアメタル膜12をパターニングし、コンタクトホールにn+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6を露出させる。次に、コンタクトホール内に埋め込むように、バリアメタル膜12の表面の一部とコンタクトホールとを覆うソース電極13を厚さ60μmで成膜する。 Next, the cap insulating film 11 is selectively removed by dry etching, and contact holes that expose the n + type source region 5 and the p + type contact region 6 are formed again. Next, a barrier metal film 12 made of titanium nitride is formed with a thickness of 100 nm so as to cover the cap insulating film 11. Next, the barrier metal film 12 is patterned to expose the n + type source region 5 and the p + type contact region 6 in the contact hole. Next, a source electrode 13 covering a part of the surface of the barrier metal film 12 and the contact hole is formed with a thickness of 60 μm so as to be embedded in the contact hole.

次に、n+型炭化珪素基板1の裏面である例えば(0001)面を清浄化する。次に、ニッケル膜とチタン膜とを順に積層し裏面オーミック電極15を形成する。次に、水素を含む雰囲気中において975℃の温度で2分間の熱処理を行い、裏面オーミック電極15をシンタリング(焼結)させる。次に、バリアメタル膜12およびソース電極13を覆うように、例えばアルミシリサイドからなるおもて面電極層14を形成する。次に、裏面オーミック電極15上に、チタン膜、ニッケル膜、および金膜を順に積層し裏面電極層16を形成する。これにより、図1に示す炭化珪素半導体装置が完成する。 Next, for example, the (0001) plane which is the back surface of the n + type silicon carbide substrate 1 is cleaned. Next, a nickel film and a titanium film are sequentially laminated to form a back ohmic electrode 15. Next, heat treatment is performed for 2 minutes at a temperature of 975 ° C. in an atmosphere containing hydrogen to sinter (sinter) the backside ohmic electrode 15. Next, a front electrode layer 14 made of, for example, aluminum silicide is formed so as to cover the barrier metal film 12 and the source electrode 13. Next, the back electrode layer 16 is formed by sequentially laminating a titanium film, a nickel film, and a gold film on the back ohmic electrode 15. Thereby, the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1 is completed.

以上説明したように、実施の形態によれば、層間絶縁膜上にバリアメタル膜を形成することにより、ソース電極を構成する電極材料が層間絶縁膜へ拡散することを防止することができる。これにより、層間絶縁膜の絶縁性が低下することを防止することができる。   As described above, according to the embodiment, it is possible to prevent the electrode material constituting the source electrode from diffusing into the interlayer insulating film by forming the barrier metal film on the interlayer insulating film. Thereby, it can prevent that the insulation of an interlayer insulation film falls.

また、実施の形態によれば、層間絶縁膜の少なくとも最表面層以外(第1層間絶縁膜)をリンおよびボロンを含まない不純物からなる絶縁体で構成することにより、層間絶縁膜中のリンおよびボロンの不純物濃度を低くすることができる。これにより、層間絶縁膜上に形成したバリアメタル膜が剥離することを防止することができる。また、層間絶縁膜の少なくとも最表面層(第2層間絶縁膜)がリンおよびボロンを含む不純物からなる絶縁体で構成されるため、熱処理により層間絶縁膜を軟化させることができ、層間絶縁膜の良好な平坦性を実現することができる。これにより、層間絶縁膜上に形成されるバリアメタル膜の良好なカバレッジを実現することができる。したがって、ソース電極形成不良を防止することができる。   In addition, according to the embodiment, by forming at least the outermost surface layer (first interlayer insulating film) of the interlayer insulating film with an insulator made of impurities not containing phosphorus and boron, phosphorus in the interlayer insulating film and The impurity concentration of boron can be lowered. As a result, the barrier metal film formed on the interlayer insulating film can be prevented from peeling off. In addition, since at least the outermost surface layer (second interlayer insulating film) of the interlayer insulating film is made of an insulator made of impurities including phosphorus and boron, the interlayer insulating film can be softened by heat treatment. Good flatness can be realized. Thereby, good coverage of the barrier metal film formed on the interlayer insulating film can be realized. Therefore, it is possible to prevent a source electrode formation failure.

また、実施の形態によれば、層間絶縁膜の最下層(第1層間絶縁膜)をリンおよびボロンを含まない不純物からなる絶縁体で構成し、かつ層間絶縁膜の表面にキャップ膜を形成することにより、層間絶縁膜中のボロンが拡散することを防止することができる。これにより、層間絶縁膜の軟化点が高くなることを防止することができる。また、層間絶縁膜の少なくとも最表面層は700℃以上900℃未満の低いリフロー温度での熱処理で軟化可能な程度にリンおよびボロンを含む不純物からなる絶縁体で構成されるため、絶縁ゲート構造を構成するゲート絶縁膜−炭化珪素半導体界面の界面準位密度が増加することを防止することができる。したがって、チャネル移動度が低下することを防止することができる。   According to the embodiment, the lowermost layer (first interlayer insulating film) of the interlayer insulating film is formed of an insulator made of impurities not containing phosphorus and boron, and the cap film is formed on the surface of the interlayer insulating film. Thus, it is possible to prevent boron in the interlayer insulating film from diffusing. Thereby, it is possible to prevent the softening point of the interlayer insulating film from increasing. Further, since at least the outermost surface layer of the interlayer insulating film is formed of an insulator made of an impurity containing phosphorus and boron to such an extent that it can be softened by heat treatment at a low reflow temperature of 700 ° C. or higher and lower than 900 ° C., an insulating gate structure An increase in the interface state density at the interface between the gate insulating film and the silicon carbide semiconductor to be formed can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent the channel mobility from decreasing.

以上において本発明では、MOSFETを例に説明しているが、上述した実施の形態に限らず、IGBTなど層間絶縁膜上に電極が形成される半導体装置にも適用することが可能である。例えば、本発明をIGBTに適用する場合、n+型半導体基板に代えて、p+型半導体基板を用いればよい。また、上述した実施の形態では、2層の絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜を例に説明しているが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で3層以上の絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜を形成してもよい。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 In the above description, the MOSFET is described as an example in the present invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to a semiconductor device in which an electrode is formed on an interlayer insulating film such as IGBT. For example, when the present invention is applied to an IGBT, a p + type semiconductor substrate may be used instead of an n + type semiconductor substrate. In the above-described embodiment, an interlayer insulating film in which two insulating films are stacked is described as an example. However, three or more insulating films are stacked without departing from the gist of the present invention. An interlayer insulating film may be formed. In each embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It holds.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置に使用されるパワー半導体装置に有用である。   As described above, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for a power semiconductor device used for a power supply device such as a power conversion device or various industrial machines.

1 n+型炭化珪素基板
2 n型炭化珪素エピタキシャル層
3 p+ベース領域
4 p-型炭化珪素エピタキシャル層
5 n+ソース領域
6 p+コンタクト領域
7 n型チャネル領域
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート導電膜
10 層間絶縁膜
10a 第1層間絶縁膜
10b 第2層間絶縁膜
11 キャップ絶縁膜
12 バリアメタル膜
13 ソース電極
14 おもて面電極層
15 裏面オーミック電極
16 裏面電極層
1 n + type silicon carbide substrate 2 n type silicon carbide epitaxial layer 3 p + base region 4 p type silicon carbide epitaxial layer 5 n + source region 6 p + contact region 7 n type channel region 8 gate insulating film 9 gate conductive film DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Interlayer insulating film 10a 1st interlayer insulating film 10b 2nd interlayer insulating film 11 Cap insulating film 12 Barrier metal film 13 Source electrode 14 Front surface electrode layer 15 Back surface ohmic electrode 16 Back surface electrode layer

Claims (8)

炭化珪素基板の第1主面に、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度が低い第1導電型炭化珪素エピタキシャル層を成長させる工程と、
前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層の表面に、金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート構造を形成する工程と、
リンおよびボロンを含まない不純物からなる第1層間絶縁膜で前記絶縁ゲート構造を構成するゲート導電膜を覆う工程と、
リンおよびボロンを含む不純物からなる第2層間絶縁膜で前記第1層間絶縁膜を覆う工程と、
熱処理によって、前記第2層間絶縁膜を平坦化する工程と、
前記第1層間絶縁膜および前記第2層間絶縁膜を深さ方向に貫通するコンタクトホールを形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜中のボロンの拡散を防ぎ、TEOS、NSG、HTO、LTO、PSGおよびボロン濃度1wt%未満のBPSGのいずれか1つを主成分とする単層膜、もしくは2つ以上が積層されてなる積層膜からなるキャップ絶縁膜で前記第2層間絶縁膜を覆う工程と、
少なくともチタンを含むバリアメタル膜で前記キャップ絶縁膜を覆う工程と、
前記バリアメタル膜の表面の一部と前記コンタクトホールとを覆うように入力電極を形成する工程と、
前記炭化珪素基板の第2主面に出力電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Growing a first conductivity type silicon carbide epitaxial layer having an impurity concentration lower than that of the silicon carbide substrate on the first main surface of the silicon carbide substrate;
Forming an insulated gate structure made of a metal-oxide film-semiconductor on the surface of the first conductivity type silicon carbide epitaxial layer;
Covering the gate conductive film constituting the insulated gate structure with a first interlayer insulating film made of impurities not containing phosphorus and boron;
Covering the first interlayer insulating film with a second interlayer insulating film made of an impurity containing phosphorus and boron;
Flattening the second interlayer insulating film by heat treatment;
Forming a contact hole penetrating through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film in a depth direction;
The proof technique boron diffusion of the second interlayer insulating film, TEOS, NSG, HTO, LTO , single-layer film composed mainly of any one of the BPSG than PSG and boron concentration 1 wt%, or 2 or more Covering the second interlayer insulating film with a cap insulating film made of a laminated film in which
Covering the cap insulating film with a barrier metal film containing at least titanium;
Forming an input electrode so as to cover part of the surface of the barrier metal film and the contact hole;
Forming an output electrode on the second main surface of the silicon carbide substrate;
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記第2層間絶縁膜中に含まれる不純物の総不純物濃度は4wt%以上12wt%未満であることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   2. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a total impurity concentration of impurities contained in the second interlayer insulating film is not less than 4 wt% and less than 12 wt%. 前記第2層間絶縁膜中のボロン濃度は2wt%以上5.5wt%未満であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a boron concentration in the second interlayer insulating film is not less than 2 wt% and less than 5.5 wt%. 前記熱処理の温度は、750℃以上900℃未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The temperature of the said heat processing is 750 degreeC or more and less than 900 degreeC, The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記キャップ絶縁膜の厚さは、前記第2層間絶縁膜の厚さの30%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the cap insulating film is 30% or less of a thickness of the second interlayer insulating film. 化学気相成長法により、大気圧より低い減圧状態で前記ゲート導電膜を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the gate conductive film is formed by a chemical vapor deposition method under a reduced pressure lower than an atmospheric pressure. 前記熱処理は、水素を4mol%含む雰囲気中で行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment is performed in an atmosphere containing 4 mol% of hydrogen. 前記絶縁ゲート構造を形成する工程は、Forming the insulated gate structure comprises:
前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層の表面層に、第1の第2導電型半導体領域を選択的に形成する工程と、Selectively forming a first second conductivity type semiconductor region on a surface layer of the first conductivity type silicon carbide epitaxial layer;
前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層および前記第1の第2導電型半導体領域の表面に、前記第1の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度が低い第2導電型炭化珪素エピタキシャル層を成長させる工程と、A second conductivity type silicon carbide epitaxial layer having an impurity concentration lower than that of the first second conductivity type semiconductor region is grown on the surfaces of the first conductivity type silicon carbide epitaxial layer and the first second conductivity type semiconductor region. A process of
前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層の表面層に、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度が高い第1の第1導電型半導体領域を形成する工程と、Forming a first first conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the silicon carbide substrate on a surface layer of the second conductivity type silicon carbide epitaxial layer;
前記第1の第1導電型半導体領域に接し、かつ前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層を貫通し前記第1の第2導電型半導体領域に接するように、前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層よりも不純物濃度が高い第2の第2導電型半導体領域を形成する工程と、The second conductivity type silicon carbide epitaxial layer is in contact with the first first conductivity type semiconductor region and passes through the second conductivity type silicon carbide epitaxial layer and in contact with the first second conductivity type semiconductor region. Forming a second second-conductivity-type semiconductor region having a higher impurity concentration than
前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層を貫通し前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層に達するように、前記第1導電型炭化珪素エピタキシャル層よりも不純物濃度が高く、かつ前記第1の第1導電型半導体領域よりも不純物濃度が低い第1導電型チャネル領域を形成する工程と、The impurity concentration is higher than that of the first conductivity type silicon carbide epitaxial layer and penetrates the second conductivity type silicon carbide epitaxial layer and reaches the first conductivity type silicon carbide epitaxial layer, and the first first conductivity type. Forming a first conductivity type channel region having an impurity concentration lower than that of the type semiconductor region;
前記第2導電型炭化珪素エピタキシャル層の、前記第1の第1導電型半導体領域と前記第1導電型チャネル領域とに挟まれた部分の表面に、ゲート絶縁膜を介して前記ゲート導電膜を形成する工程と、The gate conductive film is formed on the surface of the second conductive type silicon carbide epitaxial layer sandwiched between the first first conductive type semiconductor region and the first conductive type channel region via a gate insulating film. Forming, and
を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに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 as described in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned.
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