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

本发明专利技术提供能获得良好元件特性的碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法。在以覆盖层间绝缘膜(8)的方式形成氮化钛膜(9)后，以沿着氮化钛膜(9)上延伸的方式在露出于接触孔(8a)的碳化硅基体(20)的正面上形成第一镍膜(31)。接着通过800℃～1100℃温度的高速热处理(32)使碳化硅基体(20)与第一镍膜(31)反应而形成构成欧姆接触的硅化镍膜。另外通过该高速热处理(32)使氮化钛膜(9)的晶粒变大，使氮化钛膜(9)的晶粒直径为20nm～50nm。由此使氮化钛膜(9)的晶粒间的间隙比高速热处理(32)前的状态窄或消除间隙，因此能抑制镍从第一镍膜(31)侵入到氮化钛膜(9)的柱状晶粒间。

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

The invention provides a silicon carbide semiconductor device capable of obtaining good component characteristics and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device. After forming a titanium nitride film (9) in an interlayer insulating film (8), a first nickel film (31) is formed on the front face of the silicon carbide substrate (20) exposed to the contact hole (8a) in a manner extending along the titanium nitride film (9). Then, the silicon carbide substrate (20) is reacted with the first nickel film (31) to form an ohmic contact nickel silicide film by ohmic heating at 800 DEG C to 1100 DEG C at high temperature (32). In addition, the grain of the titanium nitride film (9) is enlarged by the high-speed heat treatment (32) so that the grain size of the titanium nitride film (9) is 20nm to 50nm. As a result, the gap between the grains of the titanium nitride film (9) is narrower or eliminates the gap before the high-speed heat treatment (32), so that the nickel can be suppressed from the first nickel film (31) to the columnar grain of the titanium nitride film (9).

【技术实现步骤摘要】
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
一直以来用作功率设备的半导体器件主要使用硅(Si)作为半导体材料。另一方面，与硅相比，作为带隙比硅宽的半导体(以下称为宽带隙半导体)的碳化硅(SiC)具有热导率是硅的3倍，最大电场强度是硅的10倍，电子的漂移速度是硅的2倍的材料特性值。因此，作为介电击穿电压高且能够以低损耗进行高温动作的功率设备，近年来进行了应用碳化硅的研究。在使用了碳化硅的半导体器件(以下称为SiC器件(碳化硅半导体装置))中，在功率MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：绝缘栅场效应晶体管)和/或IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)中，为了形成正面电极与半导体基板的欧姆接触，通常在半导体基板的正面设有硅化镍(NiSi)膜(例如，参照下述专利文献1)。另外，在使用了现有的碳化硅的半导体器件中，在正面电极与层间绝缘膜之间设有氮化钛膜，该氮化钛膜成为用于抑制铝从作为正面电极的铝(Al)膜扩散的阻障金属。例如，为了抑制镍从形成于半导体基板的正面且成为硅化镍膜的构成材料的镍(Ni)膜向层间绝缘膜扩散，还提出了在形成镍膜之前，以覆盖层间绝缘膜的方式形成氮化钛膜的方法。对现有的碳化硅半导体装置的制造方法进行说明。首先，在由碳化硅形成的半导体基板(以下称为碳化硅基板)的正面侧形成MOS栅极结构。接下来，在半导体基板的正面形成层间绝缘膜，用层间绝缘膜覆盖MOS栅极结构。接着，通过对层间绝缘膜进行图案化而形成接触孔，从而使碳化硅基板的接触部(电接触部)形成区域露出。接下来，通过溅射或蒸镀，沿着层间绝缘膜的表面和接触孔的内壁形成氮化钛(TiN)膜。接着，利用蚀刻局部地除去氮化钛，使与碳化硅基板的接触形成区域再次露出。接下来，通过溅射或蒸镀，沿着氮化钛膜的表面和接触孔的内壁形成镍(Ni)膜。接着，通过利用热处理使碳化硅基板与镍膜反应，从而在接触孔中，在碳化硅基板的正面形成构成欧姆接触的硅化镍膜。其后，通过形成与硅化镍膜接触的正面电极，并且在碳化硅基板的背面形成背面电极，从而完成SiC器件。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-109474号公报
技术实现思路
技术问题然而，为了通过碳化硅基板(未图示)与镍膜的反应形成硅化镍膜，必须进行在800℃以上的高温度下的高速热处理(RTA：RapidThermalAnnealing：快速热退火)。图8、图9是表示现有的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。在图8、图9中分别示出用于形成欧姆接触的高速热处理之前和之后的氮化钛膜109的状态。为了防止在该高速热处理时镍从镍膜110向层间绝缘膜108扩散，如图8所示，在镍膜110与层间绝缘膜108之间形成有氮化钛膜109。氮化钛膜109的晶体结构是由沿着与基板正面垂直的方向生长的柱状的晶粒构成的柱状结构。氮化钛膜109的晶粒在与基板正面平行的方向上不连续地存在，在晶粒之间产生间隙。因此，在上述的现有技术中，如图9所示，因为高速热处理，镍121从氮化钛膜109上的镍膜110侵入到氮化钛膜109的柱状的晶粒之间并到达层间绝缘膜108，并且渗透到层间绝缘膜108。因此，即使在镍膜110与层间绝缘膜108之间设置氮化钛膜109，也无法完全防止镍从镍膜110向层间绝缘膜108的渗透。由此，可能产生层间绝缘膜108的绝缘耐压降低和/或半导体元件的可靠性降低等问题。为了消除上述现有技术的问题，本专利技术的目的在于提供能够获得良好的元件特性的碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法。技术方案为了解决上述课题，实现本专利技术的目的，本专利技术的半导体装置具有如下特征。在包括碳化硅的半导体基板的表面设有绝缘栅结构。设有覆盖上述绝缘栅结构的绝缘膜。设有在深度方向上贯通上述绝缘膜的接触孔。以覆盖上述绝缘膜的方式设有氮化钛膜。在上述接触孔中，在上述半导体基板的表面设有硅化镍膜。上述硅化镍膜成为与上述半导体基板的欧姆接触。上述氮化钛膜的晶粒直径为20nm以上且50nm以下。另外，本专利技术的半导体装置的特征在于，在上述的专利技术中，上述氮化钛膜的晶体结构成为由柱状的晶粒构成的柱状结构，所述柱状的晶粒是沿着与上述半导体基板的表面垂直的方向生长，在与上述半导体基板的表面平行的方向排列。另外，为了解决上述课题，实现本专利技术的目的，本专利技术的半导体装置的制造方法具有如下特征。首先，进行第一工序，形成设置在包括碳化硅的半导体基板的表面的绝缘栅结构。接下来，进行第二工序，以覆盖上述绝缘栅结构的方式在上述半导体基板的表面形成绝缘膜。接着，进行第三工序，形成在深度方向上贯通上述绝缘膜的接触孔，使上述半导体基板的表面选择性地露出。接下来，进行第四工序，以覆盖上述绝缘膜的方式在上述半导体基板的表面形成氮化钛膜。接着，进行第五工序，在露出到上述接触孔的上述半导体基板的表面形成镍膜。接下来，进行第六工序，通过热处理使上述半导体基板与上述镍膜反应而硅化，形成成为与上述半导体基板的欧姆接触的硅化镍膜。在上述第六工序中，以通过上述热处理，使上述氮化钛膜的晶粒之间的间隙比上述热处理之前窄或者消除上述间隙的方式增大上述氮化钛膜的晶粒直径。另外，本专利技术的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的专利技术中，在上述第六工序中，通过上述热处理使上述氮化钛膜的晶粒直径为20nm以上且50nm以下。另外，本专利技术的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的专利技术中，上述热处理是800℃以上且1100℃以下的温度的高速热处理。另外，本专利技术的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述的专利技术中，在上述第五工序中，以从露出到上述接触孔的上述半导体基板的表面起在上述氮化钛膜上延伸的方式形成上述镍膜。在上述第六工序之后，除去上述镍膜的已硅化的部分以外的部分。另外，本专利技术的半导体装置的制造方法的特征在于，在上述第六工序之后进行的其它热处理是在400℃以下的温度进行。根据上述的专利技术，在高速热处理时，能够抑制镍从镍膜侵入到氮化钛膜的柱状的晶粒之间，因此能够抑制镍渗透到氮化钛膜的下层的绝缘膜。因此，能够抑制绝缘膜的绝缘耐压降低和半导体元件的可靠性降低。专利技术效果根据本专利技术的碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法，起到能够获得良好的元件特性的效果。附图说明图1是表示实施方式的碳化硅半导体装置的结构的截面图。图2是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。图3是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。图4是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。图5是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。图6是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。图7是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。图8是表示现有的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。图9是表示现有的碳化硅半导体装置的制造过程中的状态的截面图。符号说明1：n+型碳化硅基板2：n-型漂移区3：p型基区4：n+型源区5：p+型接触区6：栅极绝缘膜6a：栅极绝缘膜的端部7：栅极8：层间绝缘本文档来自技高网...

【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，其设置在由碳化硅构成的半导体基板的表面上；绝缘膜，其覆盖所述绝缘栅结构；接触孔，其在深度方向上贯通所述绝缘膜；氮化钛膜，其以覆盖所述绝缘膜的方式设置；以及硅化镍膜，其在所述接触孔中设置在所述半导体基板的表面上，构成与所述半导体基板的欧姆接触，所述氮化钛膜的晶粒直径为20nm以上且50nm以下。

【技术特征摘要】
2016.03.16 JP 2016-0531281.一种碳化硅半导体装置，其特征在于，具备：绝缘栅结构，其设置在由碳化硅构成的半导体基板的表面上；绝缘膜，其覆盖所述绝缘栅结构；接触孔，其在深度方向上贯通所述绝缘膜；氮化钛膜，其以覆盖所述绝缘膜的方式设置；以及硅化镍膜，其在所述接触孔中设置在所述半导体基板的表面上，构成与所述半导体基板的欧姆接触，所述氮化钛膜的晶粒直径为20nm以上且50nm以下。2.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其特征在于，所述氮化钛膜的晶体结构是由柱状的晶粒构成的柱状结构，所述晶粒在与所述半导体基板的表面垂直的方向上生长，并且在与所述半导体基板的表面平行的方向上排列。3.一种碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：第一工序，形成绝缘栅结构，所述绝缘栅结构设置在由碳化硅构成的半导体基板的表面上；第二工序，以覆盖所述绝缘栅结构的方式在所述半导体基板的表面形成绝缘膜；第三工序，形成在深度方向上贯通所述绝缘膜的接触孔，以选择性地露出所述半导体基板的表面；第四工序，以覆盖所述绝缘膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：小松卓也，今井文一，
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