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作为混合有肖特基结和pn结的JBS结构的碳化硅二极管，维持SBD结构的低正向电压且提高浪涌电流耐量的碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法。使依次层叠与在氧化膜(51)的开口部(51a、51b)分别露出的p型区(13)和FLR(21)的连接区域(20a)部分整体接触的铝膜(53)和镍膜(54)而成的金属材料膜(52)与半导体基板(30)在低温和高温的两次热处理中发生反应，而自对准地在氧化膜(51)形成镍硅化物膜(33)。接下来，在去除剩余金属后，仅残留氧化膜(51)中的场氧化膜(15)部分，在场氧化膜(15)的接触孔(15a)所露出的有源区(10)和连接区域(20a)形成与n

【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


[0001]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

[0002]碳化硅(SiC)半导体近年来作为能够制作(制造)超过使用硅(Si)半导体而成的半导体装置的极限的半导体装置(以下，称为碳化硅半导体装置)的半导体材料而备受关注。特别是，与硅半导体相比，碳化硅半导体有望活用绝缘击穿电场强度大、导热率高这样的特点，而应用于高耐压(例如1700V以上)半导体装置。
[0003]在碳化硅半导体装置为二极管(以下，称为碳化硅二极管)的情况下，由于能够将构成n-型漂移区的n-型外延层的设计规格设定为薄的厚度和高的杂质浓度，因此耐压达3300V等级左右的碳化硅二极管一般采用肖特基势垒二极管(SBD：Schottky Barrier Diode)结构。
[0004]对以往的SBD结构的碳化硅二极管的结构进行说明。图32是示出从半导体基板的正面侧观察以往的碳化硅半导体装置而得到的状态的俯视图。图32所示的以往的碳化硅半导体装置140是在有源区110中，在由碳化硅构成的半导体基板130的整个正面，沿半导体基板130的正面形成有肖特基结的SBD结构的纵向型的碳化硅二极管。
[0005]以往的碳化硅半导体装置140的肖特基结由在半导体基板130的正面露出的n-型漂移区112和利用设置在半导体基板130的正面上的金属层构成的正面电极(未图示)来形成。符号120、121分别是边缘终端区和场限环(FLR：Field Limiting Ring)。
[0006]通常，在SBD结构中，存在在半导体基板130与正面电极之间的结面上的电场强度高，在施加反向电压时由电子隧穿肖特基势垒而引起的反向漏电流增大，或由碳化硅特有的表面缺陷而引起的反向漏电流增大这样的问题。因此，提出了采用在半导体基板130的正面侧混合有肖特基结和pn结而成的Junction Barrier Schottky(JBS，结势垒肖特基)结构的碳化硅二极管。
[0007]对以往的JBS结构的碳化硅二极管的结构进行说明。图33是示出从半导体基板的正面侧观察以往的碳化硅半导体装置的另一例而得到的状态的俯视图。在图33中，省略边缘终端区的耐压结构、配置在半导体基板130的正面上的正面电极114和场氧化膜115的图示。图34是示出图33的剖切线AA-AA
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处的截面结构的截面图。符号119是背面电极。
[0008]图33、图34所示的以往的碳化硅半导体装置140
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与图32所示的以往的碳化硅半导体装置140的不同之处在于，在有源区110中在半导体基板130的正面侧混合有SBD结构和JBS结构，SBD结构由n-型漂移区112与构成正面电极114的钛膜131的肖特基结形成，JBS结构由p型区113与n-型漂移区112的pn结形成。
[0009]p型区113在有源区110中选择性地设置在半导体基板130的正面的表面区域。在相邻的p型区113之间在半导体基板130的正面露出有n-型漂移区112。通过p型区113和n-型漂移区112在半导体基板130的正面形成有pn结。相邻的p型区113之间的n-型漂移区112与设置在半导体基板130的正面上的正面电极114的最下层的钛膜131形成肖特基结。
[0010]这样，通过采用在半导体基板130与正面电极114之间的结面混合有肖特基结和pn结而成的JBS结构，能够降低在半导体基板130与正面电极114之间的结面上的电场强度，因此，能够抑制为与使用硅半导体的FWD(Free Wheeling Diode：续流二极管)等同的反向漏电流。图33中用阴影线来表示沿与半导体基板130的正面平行的方向延伸的条纹状的p型区113。
[0011]此外，在图32所示的以往的碳化硅半导体装置140中，施加浪涌电压时在半导体基板130内产生而沿正向流动的浪涌电流被从半导体基板130内向正面电极114抽出的电流量(以下，称为抽出量)小。其理由是因为SBD结构的二极管是不使用少数载流子进行导电的单极器件，因此，在二极管流通有高正向电流的高电流区域中，半导体基板130与正面电极114之间的接触(电接触)成为高电阻。
[0012]在半导体基板130与正面电极114之间的接触成为高电阻的情况下，在半导体基板内沿正向流通有高浪涌电流时，因在半导体基板130与正面电极114之间的界面处的发热而使浪涌电流在局部集中。因该浪涌电流集中，而导致在肖特基结面和肖特基结面正下方的n-型外延层(n-型漂移区112)产生击穿，因此，从半导体基板130内向正面电极114抽出的浪涌电流的抽出量变小。
[0013]确认了该浪涌电流的抽出量在使用硅半导体的JBS结构的二极管中变大。因此，假想了在图33所示的以往的碳化硅半导体装置140
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中，也与使用硅半导体的JBS结构的二极管相同，因通过p型区113与n-型漂移区112而在半导体基板130的正面形成的pn结的双极动作所引起的浪涌电流的上升现象，使得浪涌电流的抽出量变大，但是该效果并不显著。
[0014]在图33所示的以往的碳化硅半导体装置140
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中的浪涌电流的抽出量小的主要原因之一列举有未能得到构成JBS结构的pn结部的p型区113与正面电极114之间的电阻足够低的欧姆接触。因此，假想在p型区113与正面电极114之间，形成与p型区113进行欧姆接合的金属电极(以下，称为欧姆电极)，并在JBS结构的pn结部局部地流通浪涌电流，而提高浪涌电流耐量。
[0015]图35是示出以往的碳化硅半导体装置的另一例的截面图。图35是下述专利文献2的图3。图35所示的以往的碳化硅半导体装置150与图33、图34所示的以往的碳化硅半导体装置140
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的不同之处在于，作为正面电极114的最下层的欧姆电极133
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设置在p型区113上，并在半导体基板130的正面混合有n-型漂移区112与肖特基电极131
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的肖特基结和p型区113与欧姆电极133
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的欧姆结。
[0016]作为以往的JBS结构的碳化硅二极管的制造方法，提出了在仅在n-型漂移区的在半导体基板的正面露出的部分上形成与n-型漂移区进行肖特基接合的金属电极(以下，称为肖特基电极)后，在半导体基板的正面上，以覆盖肖特基电极的方式形成与构成JBS结构的pn结部的p型区进行欧姆接合的欧姆电极的方法(例如，参照下述专利文献1)。
[0017]在下述专利文献1中，公开了使用铝(Al)或镍(Ni)作为欧姆电极的材料，使用钼(Mo)作为肖特基电极的材料。另外，在下述专利文献1中，公开了在构成JBS结构的pn结部的p型区的内部，选择性地形成杂质浓度比该p型区高的p
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型接触区而提高了该p型区与欧姆电极的欧姆性的碳化硅二极管。
[0018]作为以往的JBS结构的碳化硅二极管的另一制造方法，提出了在仅在构成JBS结构的pn本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，所述碳化硅半导体装置在由碳化硅构成的半导体基板具备有源区、包围所述有源区的周围的终端区、在所述终端区中设置在所述半导体基板的第一主面上的氧化膜、以及设置在所述有源区与所述氧化膜之间的连接区域，所述碳化硅半导体装置的制造方法包括：第一工序，在所述半导体基板的内部形成构成所述半导体基板的第一主面的第一导电型区；第二工序，在所述有源区中，在所述第一导电型区的位于所述半导体基板的第一主面侧的表面区域选择性地形成第一个第二导电型区；第三工序，在所述连接区域的整个区域中，在所述第一导电型区的位于所述半导体基板的第一主面侧的表面区域形成第二个第二导电型区；第四工序，在所述半导体基板的第一主面形成覆盖所述第一导电型区、所述第一个第二导电型区和所述第二个第二导电型区的所述氧化膜；第五工序，选择性地去除所述氧化膜而在所述氧化膜形成将所述第一个第二导电型区露出的第一开口部、和将所述连接区域中的所述第二个第二导电型区露出的第二开口部；第六工序，依次层叠含有铝的金属膜和镍膜而形成金属材料膜，该金属材料膜在所述氧化膜的所述第一开口部和所述第二开口部中与所述半导体基板的第一主面接触；第七工序，通过第一热处理使所述金属材料膜与所述半导体基板发生反应，在所述半导体基板的位于所述氧化膜的所述第一开口部和所述第二开口部中的第一主面上以所述氧化膜为掩模而自对准地生成化合物层；第八工序，在所述第七工序之后，去除所述金属材料膜的除了所述化合物层之外的剩余部分；第九工序，在所述第八工序之后，通过比所述第一热处理更高温度的第二热处理，在所述化合物层的内部生成镍硅化物，而形成与所述半导体基板进行欧姆接合的镍硅化物膜；第十工序，在所述第九工序之后，去除所述氧化膜的在所述有源区的部分而形成将所述第一开口部和所述第二开口部全部连接而成的接触孔；第十一工序，在所述接触孔的内部，在所述半导体基板的第一主面上依次层叠与所述第一导电型区接触而与所述第一导电型区进行肖特基接合的钛膜和含有铝的金属电极膜，从而形成第一电极；以及第十二工序，在所述半导体基板的第二主面形成第二电极。2.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述第五工序中，通过干蚀刻来选择性地去除所述氧化膜而在所述氧化膜形成所述第一开口部和所述第二开口部。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，所述金属膜为铝膜。4.根据权利要求3所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述第七工序中，将所述第一热处理的温度设为400℃以上且550℃以下。5.根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：大瀬直之，小岛贵任，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：