碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法。在碳化硅半导体衬底的正面侧设有由p

Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device

An object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device and a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device. The front side of the silicon carbide semiconductor substrate is provided with P

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法
本专利技术涉及一种碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法。
技术介绍
与硅半导体相比，碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和金刚石等宽带隙半导体(带隙比硅(silicon：Si)半导体宽的半导体)具有绝缘击穿电场强度高、热导率高等优良特点，因此特别期待在功率器件方面的应用。尤其是其中的碳化硅半导体，与硅半导体相比，碳化硅半导体能够减小与绝缘击穿电场强度成反比的导通电阻，因此，近年来作为最适于低损耗的功率器件的半导体备受瞩目。此外，碳化硅半导体与硅半导体相同，可以在碳化硅半导体基板(使用碳化硅半导体的半导体基板)上通过热氧化形成氧化膜(SiO2膜)。因此，将通过热氧化形成的氧化膜作为栅极绝缘膜使用，正在研发导通电阻小且切换速度较快的SiC-功率MOSFET(MetaIOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：绝缘栅场效应晶体管)。然而，在通过热氧化在碳化硅半导体衬底(半导体芯片)的表面形成栅极绝缘膜时，在栅极绝缘膜与碳化硅半导体部的接合界面(以下，称为SiO2/SiC界面)附近形成很多缺陷(界面态)，界面态密度(Dit：InterfaceStateDensity)变高。因此，存在沟道迁移率下降、导通电阻变大、导通损耗变大的问题。作为解决该问题的办法，提出了在含有氧化亚氮(N2O)和/或一氧化氮(NO)的环境中通过热氧化在碳化硅半导体基板上形成氧化膜，从而降低SiO2/SiC界面的界面态密度的方法。在含有氧化亚氮和一氧化氮的环境中通过热氧化形成栅极绝缘膜即氧化膜，从而可以使SiO2/SiC界面的界面态密度为2×1012cm-2eV-1以下，实现较高的沟道迁移率。为此，在SiC-MOSFET中，可以形成以优质的氧化膜为栅极绝缘膜的MOS栅极(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅极)结构。以平面栅极结构的SiC-纵向型MOSFET为例对使用了碳化硅半导体的半导体装置(以下，称为碳化硅半导体装置)的现有结构进行说明。图8、12是表示现有碳化硅半导体装置的结构的截面图。在图8、12所示的现有碳化硅半导体装置中，在n+型漏区即n+型碳化硅基板101的正面上依次堆积有成为n-型漂移层102的n-型碳化硅外延层和成为p-型阱层104的p-型外延半导体层。以下，将在n+型碳化硅基板101上依次层叠n-型漂移层102和p-型阱层104而成的层叠体作为碳化硅半导体衬底。在碳化硅半导体衬底的正面侧设置有由p型半导体区103、p-型阱层104、p+接触区105、n+型源区106、栅极绝缘膜108和栅极109组成的MOS栅极结构。p型半导体区103和p-型阱层104作为基区发挥作用。以覆盖栅极109的方式设置层间绝缘膜110。对于正面硅化物层112，在深度方向上贯穿层间绝缘膜110的接触孔中形成与碳化硅半导体部的欧姆接触(电性接触部)。正面硅化物层112例如是硅化镍(NiSi)层。在层间绝缘膜110和正面硅化物层112上设置有源极114。源极114经由正面硅化物层112与p+型接触区105和n+型源区106电连接，并且通过层间绝缘膜110与栅极109电性绝缘。如图8所示，在层间绝缘膜110与源极114之间可以设置有氮化钛(TiN)膜111。氮化钛膜111通过层间绝缘膜110与栅极109电性绝缘。在碳化硅半导体衬底的整个背面(n+型碳化硅基板101一侧的面，即n+型碳化硅基板101的背面)设置有背面硅化物层113(在图12中未图示)，在背面硅化物层113上设置有漏极即背面电极115。符号107表示在n-型漂移层102中设置在栅极109正下方(隔着栅极绝缘膜108与栅极109相对的部分)的被夹在p-型阱层104之间的部分的n-型JFET(JunctionFieldEffectTransistor：结型场效应晶体管)区。图12的符号116表示钝化保护膜。接下来，参照图8对现有碳化硅半导体装置的制造方法进行说明。首先，通过外延生长，以10μm的厚度在成为n+型漏区的n+型碳化硅基板101的正面堆积(形成)掺杂了5×1015/cm3～1×1016/cm3的氮(N)的n-型漂移层102。然后，通过p型杂质的离子注入，在n-型漂移层102的表面层选择性地形成p型半导体区103。接着，通过外延生长，以0.5μm的厚度在n-型漂移层102上堆积掺杂了5×1015/cm3的铝(AL)的p-型阱层104，使其覆盖p型半导体区103。接着，通过氮的离子注入，在p-型阱层104的内部选择性地形成在深度方向上贯穿p-型阱层104而达到n-型漂移层102的JFET区107。接着，通过磷(P)的离子注入，以与JFET区107分离的方式在p-型阱层104的内部选择性地形成n+型源区106。此外，通过铝的离子注入，在p-型阱层104的内部，选择性地形成与n+型源区106接触的p+型接触区105。然后，在氩(Ar)环境中，在1600℃的温度下进行激活退火(热处理)。然后，在氧化亚氮环境中，通过热氧化，在p-型阱层104的被夹在n+型源区106与JFET区107之间的部分的表面上形成70nm厚度的栅极绝缘膜108。然后，在栅极绝缘膜108上形成成为栅极109的多晶硅(poly-Si)层。接着，以覆盖栅极109的方式在碳化硅半导体衬底的整个正面形成层间绝缘膜110。然后，通过光刻和刻蚀形成在深度方向上贯穿层间绝缘膜110的接触孔，使p+型接触区105和n+型源区106在接触孔中露出。接着，以覆盖层间绝缘膜110的方式在碳化硅半导体衬底的整个正面形成氮化钛膜111。接着，通过光刻和刻蚀去除覆盖接触孔内的p+型接触区105和n+型源区106的部分的氮化钛膜111，再次使p+型接触区105和n+型源区106在接触孔中露出。接下来，在从接触孔露出的碳化硅半导体部上形成镍(Ni)膜，在碳化硅半导体衬底的背面依次层叠(形成)镍膜和钛(Ti)膜。接着，通过烧结(热处理)在衬底两面分别形成正面硅化物层112和背面硅化物层113。接下来，在层间绝缘膜110和正面硅化物层112上，以5.0μm的厚度堆积成为源极114的铝层。接着，在源极114上形成省略图示的成为钝化保护膜的聚酰亚胺层，通过380℃温度的热处理使钝化保护膜硬化(固化)。然后，通过在背面硅化物层113上形成背面电极115，从而完成图8所示的SiC-纵向型MOSFET。此外，在形成图12所示的其他SiC-纵向型MOSFET时，可以省略在形成接触孔后氮化钛膜111的形成工序，在接触孔的内部形成成为正面硅化物层112的镍膜。此外，作为另一个SiC-纵向型MOSFET，提出了以下装置。在DMOSFET区中的源区和接触区上形成有硅化物层。在SBD区中的剥离外延层和阱层上形成有构成肖特基电极的金属层。金属层从肖特基电极延伸并与硅化物层接触，由选自钛、钽(Ta)和它们的氮化物中的材料组成。此外，公开了在层间绝缘膜上，金属层也可以被去除至少一部分(例如，参照下述专利文献1(第0066段、图1和摘要))。此外，作为其他的SiC-纵向型MOSFET，提出了具有配置于半导体层上的多晶硅的栅极和形成于半导体层的上部的作为杂质区的源区的装置。栅极上被层间绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅半导体装置，其特征在于，具备：绝缘栅结构，其将与碳化硅半导体部接触的二氧化硅膜作为栅极绝缘膜；层间绝缘膜，其覆盖所述绝缘栅结构；第一金属膜，其设置于所述层间绝缘膜的表面，且吸藏或者屏蔽氢；以及第一主电极，其设置于所述第一金属膜的表面，且与所述碳化硅半导体部电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.16 JP 2015-006394;2015.01.16 JP 2015-006391.一种碳化硅半导体装置，其特征在于，具备：绝缘栅结构，其将与碳化硅半导体部接触的二氧化硅膜作为栅极绝缘膜；层间绝缘膜，其覆盖所述绝缘栅结构；第一金属膜，其设置于所述层间绝缘膜的表面，且吸藏或者屏蔽氢；以及第一主电极，其设置于所述第一金属膜的表面，且与所述碳化硅半导体部电连接。2.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述第一金属膜是钛膜。3.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述第一金属膜覆盖所述层间绝缘膜的整个表面。4.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述层间绝缘膜覆盖所述绝缘栅结构，并与所述栅极绝缘膜接触。5.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述第一主电极以不与所述层间绝缘膜和所述栅极绝缘膜接触的方式被设置。6.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述第一金属膜的厚度为10nm以上且1.0μm以下。7.根据权利要求6所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述第一金属膜的厚度为80nm以上且150nm以下。8.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，被所述第一金属膜吸藏的氢分子浓度为1×1016/cm2以上。9.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述碳化硅半导体装置还具备第二金属膜，该第二金属膜设置在所述第一金属膜与所述第一主电极之间，且相对于所述第一金属膜化学性质稳定。10.根据权利要求9所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述第二金属膜是氮化钛膜。11.根据权利要求9所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述碳化硅半导体装置还具备第三金属膜，该第三金属膜设置在所述第二金属膜与所述第一主电极之间，且吸藏或者屏蔽氢。12.根据权利要求11所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊谷直树，堤岳志，酒井善行，大西泰彦，藤本卓巳，福田宪司，原田信介，岡本光央，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP