JP7419740B2 - 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
。前記層間絶縁膜の表面の前記凹部による凹凸の高低差は0.1μm以上0.5μm未満である。
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図2は、図1の一部を拡大して示す断面図である。図2には、図1の半導体基板(半導体チップ)20上の層間絶縁膜10およびバリアメタル12を走査型電子顕微鏡で観察した状態を模式的に示す。図2では、半導体基板20の内部のトレンチゲート以外の各部を図示省略する。
2 p型ベース領域
3 n+型ソース領域
4 p+型コンタクト領域
5 トレンチ
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
7a ゲート電極の上面の凹み
8 第1絶縁層
9 第2絶縁層
10 層間絶縁膜
10a 層間絶縁膜の上面の第1凹部
10b 層間絶縁膜の側面上端の第2凹部
10c 層間絶縁膜の上面の第1平坦面
10d 層間絶縁膜の側面(第2平坦面)
10e~10g 層間絶縁膜10の表面の凸部
11 ニッケルシリサイド膜
12 バリアメタル
13 Al金属電極層
14 ソース電極
15 コンタクトホール
15a 層間絶縁膜に形成する第1溝
15b 層間絶縁膜に形成する第2溝
16 n+型ドレイン領域
17 ドレイン電極
20 半導体基板
21 n+型出発基板
22 n-型エピタキシャル層
23 p型エピタキシャル層
30 炭化珪素半導体装置
41 ポリシリコン層
42 レジスト膜
d1 ゲート電極の上面の凹みの深さ
d2 層間絶縁膜の上面の第1凹部の深さ
d3 層間絶縁膜の上面の第2凹部の深さ
d10 層間絶縁膜の総厚さ
d11 第1絶縁層の厚さ
d12 第2絶縁層の厚さ
d13 Al金属電極層の厚さ
w1,w2 コンタクトホールの、トレンチが並ぶ横方向の開口幅
w11 レジスト膜(エッチング用マスク)の、トレンチが並ぶ横方向の開口幅
X 半導体基板のおもて面に平行でかつトレンチが並ぶ方向と直交する横方向
Y トレンチが並ぶ横方向
Z 深さ方向
θ1~θ3 層間絶縁膜の表面の凸部の頂点の角度
Claims (13)
- 半導体基板の内部に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面と前記第1半導体領域との間に、前記第1半導体領域に接して設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面と前記第2半導体領域との間に、前記第2半導体領域に接して選択的に設けられた第1導電型の第3半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面から前記第3半導体領域および前記第2半導体領域を貫通して前記第1半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を深さ方向に貫通して前記半導体基板に達するコンタクトホールと、
前記層間絶縁膜の表面に設けられ、前記コンタクトホールの内部において前記第2半導体領域および前記第3半導体領域に接続された第1電極と、
前記第1半導体領域に電気的に接続された第2電極と、
を備え、
前記層間絶縁膜の表面に3つ以上の凹部が互いに離れて設けられ、
前記層間絶縁膜の表面は、前記凹部と、当該凹部の内壁と当該凹部の間の表面との境界を頂点とする凸部と、による凹凸を3つ以上繰り返した形状をなし、
前記第1電極は、
前記コンタクトホールの内部において前記第2半導体領域および前記第3半導体領域にオーミック接触する第1電極膜と、
前記第1電極膜の表面および前記層間絶縁膜の表面に沿って設けられた、チタンを含む第2電極膜と、
前記第2電極膜の表面に設けられた、アルミニウムを含む第3電極膜と、を有し、
前記第2電極膜は、前記層間絶縁膜の表面の前記凹部による凹凸を反映した凹凸形状をなし、
前記層間絶縁膜の表面の前記凹部による凹凸の高低差は0.1μm以上0.5μm未満であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 半導体基板の内部に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面と前記第1半導体領域との間に、前記第1半導体領域に接して設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面と前記第2半導体領域との間に、前記第2半導体領域に接して選択的に設けられた第1導電型の第3半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面から前記第3半導体領域および前記第2半導体領域を貫通して前記第1半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を深さ方向に貫通して前記半導体基板に達するコンタクトホールと、
前記層間絶縁膜の表面に設けられ、前記コンタクトホールの内部において前記第2半導体領域および前記第3半導体領域に接続された第1電極と、
前記第1半導体領域に電気的に接続された第2電極と、
を備え、
前記層間絶縁膜の表面に3つ以上の凹部が設けられ、前記層間絶縁膜の表面は当該凹部による凹凸を3つ以上繰り返した形状をなし、
前記コンタクトホールに最も近い前記凹部は、前記層間絶縁膜の厚さ未満の所定深さを有し、かつ前記コンタクトホールに連続しており、
前記コンタクトホールの開口幅は、前記コンタクトホールに最も近い前記凹部により、前記半導体基板から離れた箇所で前記半導体基板に近い箇所よりも広くなっており、
前記第1電極は、
前記コンタクトホールの内部において前記第2半導体領域および前記第3半導体領域にオーミック接触する第1電極膜と、
前記第1電極膜の表面および前記層間絶縁膜の表面に沿って設けられた、チタンを含む第2電極膜と、
前記第2電極膜の表面に設けられた、アルミニウムを含む第3電極膜と、を有し、
前記第2電極膜は、前記層間絶縁膜の表面の前記凹部による凹凸を反映した凹凸形状をなし、
前記層間絶縁膜の表面の前記凹部による凹凸の高低差は0.1μm以上0.5μm未満であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記層間絶縁膜の表面の前記凹部による凹凸の高低差は0.3μm以下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。
- 前記層間絶縁膜の表面の複数の前記凹部は、
前記層間絶縁膜の上面に、前記ゲート電極の前記層間絶縁膜との接触面に生じた凹みを反映して設けられた第1凹部と、
前記層間絶縁膜の上面と前記層間絶縁膜の側面との境界に設けられ、前記コンタクトホールに連続した、円弧状に凹んだ第2凹部と、を有す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。 - 前記第1凹部と前記第2凹部とは互いに離れて設けられており、
前記層間絶縁膜の、前記第1凹部と前記第2凹部との間の表面は第1平坦面であり、
前記第2凹部の深さは、前記層間絶縁膜の前記第1平坦面から前記半導体基板の第1主面上の前記ゲート絶縁膜の上面までの厚さの20%以上50%以下であることを特徴とする請求項4に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記層間絶縁膜の表面に、前記凹部の内壁と前記第1平坦面との境界を頂点とする三角形状の断面形状の第1凸部を有し、
すべての前記第1凸部の頂点の角度は100°以上程度の鈍角であることを特徴とする請求項5に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記トレンチに近い位置に配置された前記第1凸部ほど頂点の角度が大きいことを特徴とする請求項6に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記トレンチに近い位置に配置された前記第1凸部の角度は110°以上程度の鈍角であることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記層間絶縁膜の側面は、前記半導体基板の第1主面に対して斜度を有する第2平坦面であり、
前記層間絶縁膜の表面に、前記第2凹部の内壁と前記第2平坦面との境界を頂点とする三角形状の断面形状の第2凸部を有し、
前記第2凸部の頂点の角度は100°以上程度の鈍角であることを特徴とする請求項6~8のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2凸部の頂点の角度は、前記第1凸部の頂点の角度よりも小さいことを特徴とする請求項9に記載の炭化珪素半導体装置。
- 半導体基板の第1主面から所定深さに達するトレンチを形成する第1工程と、
前記半導体基板の第1主面および前記トレンチの内壁に沿ってゲート絶縁膜を形成する第2工程と、
前記半導体基板の第1主面にポリシリコン層を堆積して、前記ポリシリコン層で前記トレンチの内部を埋め込む第3工程と、
前記半導体基板の第1主面上の前記ゲート絶縁膜が露出されるまで前記ポリシリコン層をエッチバックして、前記トレンチの内部にのみゲート電極となる前記ポリシリコン層を残す第4工程と、
前記半導体基板の第1主面に、前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜を形成する第5工程と、
前記層間絶縁膜を深さ方向に貫通して前記半導体基板に達するコンタクトホールを形成する第6工程と、
熱処理により前記層間絶縁膜を平坦化する第7工程と、
前記コンタクトホールの内部において前記半導体基板にオーミック接触する第1電極膜を形成する第8工程と、
前記第1電極膜の表面および前記層間絶縁膜の表面に沿って、チタンを含む第2電極膜を形成する第9工程と、
前記第2電極膜の表面に、アルミニウムを含む第3電極膜を形成する第10工程と、
を含み、
前記第4工程では、前記ゲート電極の表面に0.1μm以上0.5μm未満の深さの凹みを生じさせ、
前記第5工程では、前記層間絶縁膜の表面に、前記ゲート電極の表面の前記凹みを反映した第1凹部を残し、
前記第6工程は、
前記層間絶縁膜の表面に、前記コンタクトホールの形成領域に対応する部分を開口したエッチング用マスクを形成するマスク形成工程と、
前記エッチング用マスクを用いて等方性エッチングを行い、前記層間絶縁膜の表面から所定深さの第1溝を形成する第1溝形成工程と、
前記エッチング用マスクを用いて異方性エッチングを行い、前記第1溝の底面から深さ方向に前記層間絶縁膜を貫通する第2溝を形成する第2溝形成工程と、
前記エッチング用マスクを除去する除去工程と、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。 - 前記第1溝形成工程では、前記第1溝の前記所定深さを、前記層間絶縁膜の、前記第1凹部以外の部分の表面から前記半導体基板の第1主面上の前記ゲート絶縁膜の上面までの厚さの20%以上50%以下とすることを特徴とする請求項11に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第5工程では、前記層間絶縁膜として、第1絶縁層と、前記第1絶縁層よりもボロン濃度およびリン濃度が高く、ボロン濃度が1wt%以上3wt%以下で、かつリン濃度が1wt%以上3wt%以下の第2絶縁層を順に積層し、
前記第1溝形成工程では、前記第2絶縁層に前記第1溝を形成し、
前記第2溝形成工程では、前記第1溝の底面から深さ方向に前記第2絶縁層および前記第1絶縁層を貫通する前記第2溝を形成し、
前記第7工程では、前記熱処理の温度を1000℃以下とすることを特徴とする請求項11または12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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