JP6808952B2 - Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、炭化珪素基板を用い炭化珪素基板の裏面にオーミック電極を形成する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 in which an ohmic electrode is formed on the back surface of a silicon carbide substrate using a silicon carbide substrate.
従来、高周波、大電力の制御を目的として、シリコン基板を用いたパワーデバイス（以下シリコンパワーデバイス）の高性能化が進められてきた。しかし、シリコンパワーデバイスは高温の下で使用することができないことなどから、さらに高性能のパワーデバイスを求める声に対して新しい材料の適用が検討されている。 Conventionally, the performance of power devices using silicon substrates (hereinafter referred to as silicon power devices) has been improved for the purpose of controlling high frequency and high power. However, since silicon power devices cannot be used at high temperatures, the application of new materials is being considered in response to calls for higher performance power devices.
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコンの約３倍という広い禁制帯幅をもつことから高温での電気伝導度の制御性に優れ、またシリコンより約一桁大きい絶縁破壊電圧をもつことから高耐圧素子用基板材料として適用可能である。さらに炭化珪素は、シリコンの約二倍の電子飽和ドリフト速度をもつことから高周波かつ大電力の制御にも適用可能である。 Silicon carbide (SiC) has a wide forbidden band width of about 3 times that of silicon, so it has excellent controllability of electrical conductivity at high temperatures, and it has an insulation breakdown voltage that is about an order of magnitude higher than that of silicon. It can be applied as a substrate material for silicon. Furthermore, since silicon carbide has an electron saturation drift rate that is about twice that of silicon, it can also be applied to control high frequencies and high power.
炭化珪素基板を用いたパワーデバイスのオーミック電極を形成する技術において、基板の裏面にニッケルの薄膜を形成した後に高温の熱処理を行いニッケルシリサイド層を形成することで、基板とニッケル膜とのオーミック特性を得る方法が知られている。しかし、この方法により形成されたオーミック電極には、ニッケルシリサイドの形成により発生した遊離炭素を含む副生成物がオーミック電極表面に偏析することよって、オーミック電極とその上に形成する配線金属層との密着性が低下し、配線金属層が剥離しやすくなる。 In the technique of forming an ohmic electrode of a power device using a silicon carbide substrate, the ohmic characteristics of the substrate and the nickel film are formed by forming a nickel thin film on the back surface of the substrate and then performing high temperature heat treatment to form a nickel silicide layer. There are known ways to obtain. However, in the ohmic electrode formed by this method, a by-product containing free carbon generated by the formation of nickel silicide segregates on the surface of the ohmic electrode, so that the ohmic electrode and the wiring metal layer formed on the ohmic electrode are separated from each other. Adhesion is reduced and the wiring metal layer is easily peeled off.
配線金属層の剥離防止について、炭化珪素基板の裏面に第一の金属膜としてニッケル膜を形成した上に、チタン、タンタル、タングステンのなどの炭化物を生成可能な金属からなる第二の金属膜を形成し、熱処理を行う方法が開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。この方法によれば、ニッケルシリサイドの形成により遊離した炭素が第二の金属膜と反応して炭化物を生成するため、オーミック電極表面に遊離炭素を含む副生成物が偏析することを防ぐことができ、オーミック電極と配線金属層との剥離を防ぐことができるとされている。
To prevent peeling of the wiring metal layer, a nickel film is formed as the first metal film on the back surface of the silicon carbide substrate, and then a second metal film made of a metal capable of producing carbides such as titanium, tantalum, and tungsten is formed. A method of forming and performing heat treatment is disclosed (see, for example,
ニッケルシリサイドの形成により発生した遊離炭素を含む副生成物はオーミック電極の表面のみならずオーミック電極内部でも偏析することがあり、これがオーミック電極の膜質の脆化および剥離の原因となる。 Free carbon-containing by-products generated by the formation of nickel silicide may segregate not only on the surface of the ohmic electrode but also inside the ohmic electrode, which causes embrittlement and peeling of the film quality of the ohmic electrode.
ここで、上記特許文献１の技術では、オーミック電極表面の副生成物を金属炭化物を形成して配線電極層との密着性を向上させることはできるが、オーミック電極内部の副生成物の偏析を防止する方法の開示がなく、剥離を完全に防ぐことはできない。
Here, in the technique of
本発明は上記課題に鑑み、オーミック電極内部における副生成物の偏析を防止し、良好なオーミック特性を有する剥離のないオーミック電極を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to prevent segregation of by-products inside the ohmic electrode and to provide a peel-free ohmic electrode having good ohmic characteristics.
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するために、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、第一の主面にエピタキシャル層を有する炭化珪素基板の前記エピタキシャル層とは対向側の第二の主面にニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上からなる金属層を堆積させる工程と、前記金属層に熱処理を施してオーミック電極を形成する工程と、前記オーミック電極上に配線金属層を形成する工程とを含み、前記金属層を堆積させる工程におけるアルゴン雰囲気の圧力Ｐが０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下かつ前記炭化珪素基板の温度が１２０℃以上３００℃以下とし、ニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上のターゲットを同時にスパッタするか、またはニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上の混合物または合金からなるターゲットをスパッタする方法によって実施され、前記金属層中のニッケルが５０ｍｏｌ％以上７５ｍｏｌ％以下であり、前記金属層の膜厚を１０５ｎｍ以上１６０ｎｍ以下に形成し、前記金属層に熱処理を施してオーミック電極を形成する工程の熱処理温度が９５０℃以上１２００℃以下であることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention faces the epitaxial layer of a silicon carbide substrate having an epitaxial layer on a first main surface. A step of depositing a metal layer composed of nickel and one or more of molybdenum, tantalum, titanium, and chromium on the second main surface of the side, and a step of heat-treating the metal layer to form an ohmic electrode. Including the step of forming a wiring metal layer on the ohmic electrode, the pressure P of the argon atmosphere in the step of depositing the metal layer is 0.1 Pa or more and 0.5 Pa or less, and the temperature of the silicon carbide substrate is 120 ° C. or more and 300. Below ° C., metal and one or more targets of molybdenum, tantalum, titanium and chromium are sputtered simultaneously, or from a mixture or alloy of nickel and one or more of molybdenum, tantalum, titanium and chromium. The nickel content in the metal layer is 50 mol% or more and 75 mol% or less, the thickness of the metal layer is formed to be 105 nm or more and 160 nm or less, and the metal layer is heat-treated to be ohmic. the heat treatment temperature of the step of forming the electrode is characterized in der Rukoto 950 ° C. or higher 1200 ° C. or less.
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、上記の発明において、前記配線金属層がチタン、ニッケル、金とからなる積層膜であることを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the wiring metal layer is a laminated film made of titanium, nickel, and gold.
上述した発明によれば、金属層の膜構造を、基板に対して垂直方向に長い柱状結晶の多結晶構造とすることで、熱処理中の遊離炭素の拡散性を向上させてオーミック電極内部における副生成物の偏析を防ぎ、オーミック電極の脆化および剥離を防ぐことができる。 According to the above-mentioned invention, by forming the film structure of the metal layer into a polycrystalline structure of columnar crystals long in the direction perpendicular to the substrate, the diffusibility of free carbon during heat treatment is improved and the secondary inside the ohmic electrode is used. Segregation of the product can be prevented, and brittleness and peeling of the ohmic electrode can be prevented.
本発明によれば、オーミック電極内部における副生成物の偏析を防止し、良好なオーミック特性を有する剥離のないオーミック電極を提供できる。 According to the present invention, it is possible to prevent segregation of by-products inside the ohmic electrode and provide a peel-free ohmic electrode having good ohmic characteristics.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる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のおよび低不純物濃度の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。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。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that the electrons or holes are a large number of carriers in the layers and regions marked with n or p, respectively. Further, + and-attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and the impurity concentration is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively. In the following description of the embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted. In this specification, in the notation of the Miller index, "-" means a bar attached to the index immediately after that, and "-" is added before the index to represent a negative index.
（実施の形態１）
図１〜図３は、それぞれ本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の裏面電極の製造工程を説明する断面図である。炭化珪素半導体装置の裏面電極の製造工程を順に説明する。
(Embodiment 1)
1 to 3 are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the back electrode of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, respectively. The manufacturing process of the back electrode of the silicon carbide semiconductor device will be described in order.
はじめに、図１に示すように、第一の主面に窒素がドーピングされたｎ型ドリフト層１（エピタキシャル層）を有し、ｎ型ドリフト層１より高窒素濃度の窒素がドーピングされたｎ型炭化珪素基板２の第二の主面に、金属膜３として厚さ５０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下のニッケル膜を堆積させる。ニッケル膜の堆積はアルゴン雰囲気の圧力０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ未満かつ基板温度１２０℃以上３００℃以下のマグネトロンスパッタによって実施する。このような条件で堆積したニッケル膜は、膜厚方向に長い柱状結晶の多結晶構造をとり、かつ柱状結晶の粒径の長辺が膜厚相当となる。このため、遊離した炭素は炭化珪素とニッケル膜の界面から表面まで粒界に遮られることなく拡散することができるため、ニッケル膜中に残留して偏析する炭素を減らし、剥離を抑制することが可能となる。
First, as shown in FIG. 1, the first main surface has an n-type drift layer 1 (epitaxial layer) doped with nitrogen, and the n-
次に、図２に示すように、金属膜３に９５０℃以上１２００℃以下の熱処理を施し、ｎ型炭化珪素基板２の第二の主面に低抵抗のオーミック電極４を形成する。熱処理は昇温速度の速い熱処理方法が望ましく、急速加熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などを用いることができる。次に、オーミック電極４の表面に析出した炭素成分や、レジスト残差などの汚染を酸素またはアルゴンプラズマにより除去し、オーミック電極４の表面を清浄化する。
Next, as shown in FIG. 2, the
次に、図３に示すように、オーミック電極４上にチタン、ニッケル、金層を堆積させることで、外部装置と接続するための配線金属層５を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, by depositing titanium, nickel, and gold layers on the
（実施の形態２）
実施の形態２においても図１に示すように、第一の主面に窒素がドーピングされたｎ型ドリフト層１（エピタキシャル層）を有し、ｎ型ドリフト層１より高濃度の窒素がドーピングされたｎ型炭化珪素基板２の第二の主面にニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上からなる金属膜３を堆積させる。金属膜３の堆積はアルゴン雰囲気の圧力０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ未満かつ基板温度１２０℃以上３００℃未満のマグネトロンスパッタにより実施する。金属層３の堆積にはニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上のターゲットを同時にスパッタする方法、またはニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上の混合物または合金からなるターゲットをスパッタする方法を用いることができる。
(Embodiment 2)
Also in the second embodiment, as shown in FIG. 1, the first main surface has an n-type drift layer 1 (epitaxial layer) doped with nitrogen, and a higher concentration of nitrogen is doped than the n-
図４は本発明の実施の形態２の変更例であり、本発明の実施の形態２にかかる炭化珪素半導体装置の裏面電極の製造工程の変更例を説明する断面図である。図４に示すように、金属膜３については、実施の形態２（図１）に代えて図４に示すように、ニッケルからなる第一金属膜３−１と、炭化物を生成可能な金属であるモリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上からなる第二金属膜３−２との積層膜を用いてもよい。第一金属膜３−１と第二金属膜３−２は、同一チャンバー内で連続して堆積してもよい。
FIG. 4 is a modified example of the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view illustrating a modified example of the manufacturing process of the back electrode of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the
次に、実施の形態１と同様に、図２に示すように、ニッケル膜に９５０℃以上１２００℃以下の熱処理を施し、ｎ型炭化珪素基板２の第二の主面に低抵抗のオーミック電極４を形成する。熱処理は昇温速度の速い熱処理方法が望ましく、急速加熱処理ＲＴＡ装置などを用いることができる。
Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the nickel film is heat-treated at 950 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and a low-resistance ohmic electrode is applied to the second main surface of the n-type
そして、図３に示すように、オーミック電極４上にチタン、ニッケル、金層を堆積させることで、外部装置と接続するための配線金属層５を形成する。
Then, as shown in FIG. 3, by depositing titanium, nickel, and gold layers on the
図５は、本発明の実施例１にかかる炭化珪素半導体装置としてショットキーバリアダイオードの構造例を示す断面図である。上述した本発明の実施の形態１にかかる製造方法によって炭化珪素ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を製造し、その後、裏面電極の密着性について検証した。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structural example of a Schottky barrier diode as the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. A silicon carbide Schottky barrier diode (SBD) was manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention described above, and then the adhesion of the back electrode was verified.
炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造は、まず、窒素濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型炭化珪素基板２の（０００‐１）面に堆積させた窒素濃度１．８×１０16ｃｍ-3のｎ型ドリフト層１に対し、チャンネルストッパー用ｎ型領域６、終端構造用ｐ型領域７、ＦＬＲ構造用ｐ型領域８をそれぞれイオン注入法により形成した後、領域６、７、８を活性化するために、アルゴン雰囲気中において１６５０℃で２４０秒間の活性化アニールを行った。
Production of a silicon carbide Schottky barrier diode, first, the nitrogen concentration of 1 × 10 18 cm -3 n-type silicon carbide substrate 2 (000-1) nitrogen concentration was deposited on the surface 1.8 × 10 16 cm -3 After forming the n-type region 6 for the channel stopper, the p-type region 7 for the terminal structure, and the p-
次に、ｎ型炭化珪素基板２の（０００１）面に上に、金属膜３としてマグネトロンスパッタで厚さ９０ｎｍのニッケル膜を堆積させた。マグネトロンスパッタのアルゴン雰囲気の圧力はそれぞれ０．０１Ｐａ、０．０５Ｐａ、０．１Ｐａ、０．３Ｐａ、０．５Ｐａ、１．０Ｐａ、３．０Ｐａとし、基板温度は、ぞれぞれ室温（ＲＴ）、１００℃、１２０℃、１５０℃、２００℃、２７０℃、３００℃、３２０℃、３５０℃とした。その後、急速加熱処理ＲＴＡ装置を用いて１℃／秒の昇温速度で昇温し、１１００℃に到達後２分間保持することで、ニッケル膜をシリサイド化した。その後、シリサイド層の表面に析出した炭素を含む析出物を酸素プラズマによって除去した。以上の工程によって、炭化珪素基板２の（０００１）面にオーミック電極４を形成した。
Next, a nickel film having a thickness of 90 nm was deposited as a
さらに、ｎ型炭化珪素基板２の（０００‐１）面上にフィールド絶縁膜９を形成し、ショットキー電極を形成する部分にチタン層を蒸着した後、熱処理を施してショットキー電極１０を形成した。熱処理は、８℃／秒の昇温時間で昇温した後５００℃に到達後５分間保持する方法にて行った。
Further, a field insulating film 9 is formed on the (000-1) surface of the n-type
次に、ｎ型炭化珪素基板２の（０００‐１）面上にボンディング用電極パット１１としてアルミニウム−シリコン層を５μｍの厚さで形成した後、アルミニウム−シリコン層の上にパッシ−ベーション膜１２としてポリイミド膜を形成した。
Next, an aluminum-silicon layer having a thickness of 5 μm is formed as a
次に、オーミック電極４上にチタン７０ｎｍ、ニッケル７００ｎｍ、金２００ｎｍの順に堆積させることで配線金属層５を形成した。
Next, the
以上の製造方法を用いて製造した炭化珪素ショットキーバリアダイオードの裏面電極に対し、剥離耐久性試験を行った。上述したマグネトロンスパッタのアルゴン雰囲気圧力および、基板温度の各条件ごとに１０個の炭化珪素ショットキーバリアダイオードを用意し、ダイオードの配線金属層５の表面を覆うようにスコッチテープを密着させた後、剥がし取るという試験を各装置１０回ずつ行った。
A peeling durability test was performed on the back electrode of the silicon carbide Schottky barrier diode manufactured by the above manufacturing method. Ten silicon carbide Schottky barrier diodes were prepared for each condition of the argon atmosphere pressure of the magnetron sputtering and the substrate temperature described above, and the scotch tape was adhered so as to cover the surface of the
図６は、本発明の実施例１にかかる炭化珪素半導体装置の裏面電極の密着性を表す図表である。縦軸は剥離数（個数）である。各条件における裏面電極が剥離したダイオードの数を示す。図６に示される通り、ニッケル膜形成時のアルゴン雰囲気の圧力が０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、かつ基板温度１２０℃以上３００℃以下の条件で製造した炭化珪素ショットキーバリアダイオードにおいては配線金属層５の剥離が発生しないことを確認した。
FIG. 6 is a chart showing the adhesion of the back electrode of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The vertical axis is the number of peels (number). The number of diodes from which the back electrode has peeled off under each condition is shown. As shown in FIG. 6, in the silicon carbide Schottky barrier diode manufactured under the conditions that the pressure of the argon atmosphere at the time of forming the nickel film is 0.1 Pa or more and 0.5 Pa or less and the substrate temperature is 120 ° C. or more and 300 ° C. or less, the wiring metal It was confirmed that the
本実施例１では、ニッケル膜（金属膜３）の膜厚を９０ｎｍとしたが、ニッケル膜の膜厚は５０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下であればよい。この範囲であれば、遊離炭素またはモリブデン、タンタル、チタン、クロム成分の過剰な残留を防ぐとともに、配線金属層の金属が基板に拡散するのを防止でき、良好なオーミック特性を得ることができる。 In the first embodiment, the film thickness of the nickel film (metal film 3) is 90 nm, but the film thickness of the nickel film may be 50 nm or more and 160 nm or less. Within this range, excessive residue of free carbon or molybdenum, tantalum, titanium, and chromium components can be prevented, and the metal of the wiring metal layer can be prevented from diffusing into the substrate, and good ohmic characteristics can be obtained.
次に、本発明の実施の形態２にかかる製造方法によって製造された炭化珪素ショットキーバリアダイオードの裏面電極の密着性について検証した。まず、図５に示したように、窒素濃度１×１０18ｃｍ-3のｎ型炭化珪素基板２の（０００‐１）面に堆積させた窒素濃度１．８×１０16ｃｍ-3のｎ型ドリフト層１に対し、チャンネルストッパー用ｎ型領域６、終端構造用ｐ型領域７、ＦＬＲ構造用ｐ型領域８をそれぞれイオン注入法により形成した後、領域６、７、８を活性化するために、アルゴン雰囲気中において１６５０℃で２４０秒間の活性化アニールを行った。
Next, the adhesion of the back electrode of the silicon carbide Schottky barrier diode manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention was verified. First, as shown in FIG. 5, the nitrogen concentration of 1.8 × 10 16 cm -3 n deposited on the (000-1) surface of the n-type
次に、ｎ型炭化珪素基板２の（０００１）面に上に、マグネトロンスパッタ法により、金属膜３を堆積させた。本実施例では、ニッケルチタンの合金ターゲットをスパッタすることで、Ｎｉ：Ｔｉ＝６５：３５ｍｏｌ％で厚さ１０５ｎｍのニッケルチタン混合膜を堆積し、金属膜３とした。マグネトロンスパッタのアルゴン雰囲気の圧力は、それぞれ０．０１Ｐａ、０．０５Ｐａ、０．１Ｐａ、０．３Ｐａ、０．５Ｐａ、１．０Ｐａ、３．０Ｐａとし、基板温度は、それぞれ室温（ＲＴ）、１００℃、１２０℃、１５０℃、２００℃、２７０℃、３００℃、３２０℃、３５０℃とした。
Next, the
その後、急速加熱処理ＲＴＡ装置を用いて１℃／秒の昇温速度で昇温し、１１００℃に到達後２分間保持した。これにより金属膜３であるニッケルチタン混合膜をシリサイド化し、炭化珪素基板２の（０００１）面にオーミック電極４を形成した。
Then, the temperature was raised at a heating rate of 1 ° C./sec using a rapid heat treatment RTA apparatus, and the temperature was maintained for 2 minutes after reaching 1100 ° C. As a result, the nickel-titanium mixed film which is the
さらに、ｎ型炭化珪素基板２の（０００‐１）面上にフィールド絶縁膜９を形成し、ショットキー電極を形成する部分にチタン層を蒸着した後、熱処理を施してショットキー電極１０を形成した。熱処理は、８℃／秒の昇温時間で昇温した後５００℃に到達後５分間保持する方法にて行った。
Further, a field insulating film 9 is formed on the (000-1) surface of the n-type
次に、ｎ型炭化珪素基板２の（０００‐１）面上にボンディング用電極パット１１としてアルミニウム−シリコン層を５μｍの厚さで形成した後、アルミニウム−シリコン層１１の上にパッシ−ベーション膜１２としてポリイミド膜を形成した。
Next, an aluminum-silicon layer having a thickness of 5 μm is formed as a
次に、オーミック電極４上にチタン７０ｎｍ、ニッケル７００ｎｍ、金２００ｎｍの順に堆積させることで配線金属層５を形成した。
Next, the
以上の製造方法を用いて製造した炭化珪素ショットキーバリアダイオードの裏面電極に対し、剥離耐久性試験を行った。マグネトロンスパッタのアルゴン雰囲気圧力および、基板温度の各条件ごとに１０個の炭化珪素ショットキーバリアダイオードを用意し、ダイオードの配線金属層５の表面を覆うようにスコッチテープを密着させた後、剥がし取るという試験を各装置１０回ずつ行った。
A peeling durability test was performed on the back electrode of the silicon carbide Schottky barrier diode manufactured by the above manufacturing method. Prepare 10 silicon carbide Schottky barrier diodes for each condition of the argon atmosphere pressure of magnetron sputtering and the substrate temperature, attach the scotch tape so as to cover the surface of the
図７は、本発明の実施例２にかかる炭化珪素半導体装置の裏面電極の密着性を表す図表である。縦軸は剥離数（個数）である。各マグネトロンスパッタ条件において裏面電極が剥離したダイオードの数を示す。図７に示される通りニッケル膜形成時のアルゴン雰囲気の圧力が０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下かつ基板温度１２０℃以上３００℃以下の条件で製造した炭化珪素ショットキーバリアダイオードにおいては配線金属層５の剥離が発生しないことを確認した。
FIG. 7 is a chart showing the adhesion of the back electrode of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The vertical axis is the number of peels (number). The number of diodes from which the back electrode has peeled off under each magnetron sputtering condition is shown. As shown in FIG. 7, in the silicon carbide Schottky barrier diode manufactured under the conditions that the pressure of the argon atmosphere at the time of forming the nickel film is 0.1 Pa or more and 0.5 Pa or less and the substrate temperature is 120 ° C. or more and 300 ° C. or less, the
実施例２では金属膜３としてニッケルとチタンを用いたが、ニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上の組み合わせであれば同様の効果を得られることを確認した。
In Example 2, nickel and titanium were used as the
また、実施例２において、金属層３をニッケルからなる第一金属膜３−１とモリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上からなる第二金属膜３−２の積層金属膜としても同様の剥離防止効果を得ることができる。
Further, in Example 2, the
また、実施例２ではニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上からなる金属膜３の膜厚を１０５ｎｍとしたが、金属膜３の膜厚は５０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲であればよい。この範囲であれば、遊離炭素またはモリブデン、タンタル、チタン、クロム成分の過剰な残留を防ぐとともに、配線金属層５の金属が基板に拡散するのを防止し、良好なオーミック特性を得ることができる。
Further, in Example 2, the film thickness of the
さらに、実施例２では金属膜３中のニッケル比率を６５ｍｏｌ％としたが、金属膜３中のニッケル比率は５０ｍｏｌ％以上７５ｍｏｌ％以下の比率が好ましい。この範囲であれば、後の熱処理によってオーミック電極４中に拡散する遊離炭素をニッケルシリサイドとの密着性を損なわない金属炭化物とするとともに、モリブデン、タンタル、チタン、クロム成分の過剰な残留を防ぎ、より確実にオーミック電極の脆化および剥離を防ぐことができる。
Further, in Example 2, the nickel ratio in the
上述した実施例１および２では、オーミック電極生成時の加熱処理温度を１１００℃とした。この実施例３では、加熱処理温度を９５０℃以上１２００℃以下の範囲で変更したが、いずれも同様の効果を得ることができることを確認した。なお、加熱処理温度９５０℃未満はオーミック電極４の抵抗値が高くなるため好ましくなく、１２００℃より大きいと、酸化珪素膜などで形成される表面構造に悪影響を及ぼすので好ましくない。
In Examples 1 and 2 described above, the heat treatment temperature at the time of forming the ohmic electrode was set to 1100 ° C. In Example 3, the heat treatment temperature was changed in the range of 950 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and it was confirmed that the same effect could be obtained in each case. It should be noted that a heat treatment temperature of less than 950 ° C. is not preferable because the resistance value of the
上述した各実施例１〜実施例３ではＳＢＤ装置を製造する場合について述べたが、主面上に他の装置、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の構造にも同様に適用可能である。 Although the case of manufacturing the SBD apparatus has been described in each of the above-described Examples 1 to 3, the same can be applied to the structure of another apparatus such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) on the main surface. is there.
また、実施例１〜実施例３では、主面として（０００‐１）面を例に述べたが、主面として（０００１）面や（１１−２０）面を用いてもよい。 Further, in Examples 1 to 3, the (000-1) plane is described as an example as the main plane, but the (0001) plane or the (11-20) plane may be used as the main plane.
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明は、ｐ型とｎ型とを入れ替えた場合や、炭化珪素基板と炭化珪素基板主表面に成長させるエピタキシャル層とを異なる導電型とした場合も同様に成り立つ。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the present invention holds true even when the p-type and the n-type are exchanged, or when the silicon carbide substrate and the epitaxial layer grown on the main surface of the silicon carbide substrate are different conductive types.
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、例えば、パワーデバイス等の電力用半導体素子や、産業用のモーター制御やエンジン制御に使用されるパワー半導体素子に有用である。 As described above, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for, for example, power semiconductor devices such as power devices, and power semiconductor devices used for industrial motor control and engine control.
１ ドリフト層
２ 炭化珪素基板
３ 金属膜
３−１ 第一金属膜
３−２ 第二金属膜
４ オーミック電極
５ 配線金属層
６ チャンネルストッパー用ｎ型領域
７ 終端構造用ｐ型領域
８ ＦＬＲ構造用ｐ型領域
９ フィールド酸化膜
１０ ショットキー電極
１１ ボンディング用電極パット
１２ パッシ−ベーション膜
1
Claims (2)
前記金属層に熱処理を施してオーミック電極を形成する工程と、
前記オーミック電極上に配線金属層を形成する工程と、を含み、
前記金属層を堆積させる工程におけるアルゴン雰囲気の圧力Ｐが０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下かつ前記炭化珪素基板の温度が１２０℃以上３００℃以下とし、ニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上のターゲットを同時にスパッタするか、またはニッケルと、モリブデン、タンタル、チタン、クロムの内の１種類以上の混合物または合金からなるターゲットをスパッタする方法により、
前記金属層中のニッケルが５０ｍｏｌ％以上７５ｍｏｌ％以下であり、
前記金属層の膜厚を１０５ｎｍ以上１６０ｎｍ以下に形成し、
前記金属層に熱処理を施してオーミック電極を形成する工程の熱処理温度が９５０℃以上１２００℃以下であることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 A metal layer composed of nickel and one or more of molybdenum, tantalum, titanium, and chromium is deposited on the second main surface of the silicon carbide substrate having an epitaxial layer on the first main surface, which is opposite to the epitaxial layer. And the process of making
A step of heat-treating the metal layer to form an ohmic electrode, and
Including a step of forming a wiring metal layer on the ohmic electrode.
The pressure P of the argon atmosphere in the step of depositing the metal layer is 0.1 Pa or more and 0.5 Pa or less, and the temperature of the silicon carbide substrate is 120 ° C. or more and 300 ° C. or less. Among nickel, molybdenum, tantalum, titanium and chromium. one or more or targets simultaneously sputtering, or a nickel, Ri by the method of sputtering molybdenum, tantalum, titanium, a target consisting of one or more of a mixture or an alloy of chromium,
The nickel content in the metal layer is 50 mol% or more and 75 mol% or less.
The film thickness of the metal layer is formed to be 105 nm or more and 160 nm or less.
The method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device heat treatment temperature in the step of forming an ohmic electrode by heat treatment to the metal layer, characterized in der Rukoto 950 ° C. or higher 1200 ° C. or less.
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