CN101395701A - 电力用半导体器件 - Google Patents

电力用半导体器件 Download PDF

Info

Publication number
CN101395701A
CN101395701A CNA2007800078432A CN200780007843A CN101395701A CN 101395701 A CN101395701 A CN 101395701A CN A2007800078432 A CNA2007800078432 A CN A2007800078432A CN 200780007843 A CN200780007843 A CN 200780007843A CN 101395701 A CN101395701 A CN 101395701A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal level
type sic
semiconductor device
power semiconductor
mentioned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800078432A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101395701B (zh
Inventor
大塚健一
三浦成久
今泉昌之
大森达夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN101395701A publication Critical patent/CN101395701A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101395701B publication Critical patent/CN101395701B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873—Drain regions
    • H01L29/0878—Impurity concentration or distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45—Ohmic electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4916—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
    • H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4916—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
    • H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
    • H01L29/4941—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement with a barrier layer between the silicon and the metal or metal silicide upper layer, e.g. Silicide/TiN/Polysilicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827—Vertical transistors
    • H01L29/7828—Vertical transistors without inversion channel, e.g. vertical ACCUFETs, normally-on vertical MISFETs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明的目的在于提供一种电力用半导体器件，在高温工作中难以发生布线的金属材料与连接到半导体区上的电极等的反应而且在高温工作中难以发生变形。为了达到该目的，根据本发明的电力用半导体器件是SiC功率器件等的电力用半导体器件，在源区(4)等的半导体区之上形成的源电极(11)上形成了包含Pt、Ti、Mo、W、Ta中的至少一种的第1金属层(14)。在第1金属层(14)上形成了包含Mo、W、Cu中的至少一种的第2金属层(15)。在第2金属层(15)上形成了包含Pt、Mo、W中的至少一种的第3金属层(16)。

Description

电力用半导体器件
技术领域
本发明涉及作为功率器件的电力用半导体器件。
背景技术
近年来，从节省能量的观点来看，越来越要求功率器件的特性改善。因此，除了以前的使用Si(硅)的功率器件外，作为下一代的高耐压、低损耗的功率开关元件，认为使用SiC(碳化硅)的功率器件是有希望的。再有，在功率器件中，有金属-绝缘体(例如硅氧化物)-半导体(MIS(例如MOS))结构的场效应晶体管(FET)或肖特基二极管等。
在例如使用SiC的MOSFET中，采用按以前的使用Si(硅)的MOSFET的元件结构为基准的元件结构。由于SiC与Si相比带隙大，故在SiC-MOSFET中，与在不到200℃工作的以前的Si-MOSFET相比，可进行高温下的工作。在专利文献1～5中，公开了关于使用SiC的半导体器件的技术。
专利文献1：日本专利特开2005-310902号公报
专利文献2：日本专利特开平9-22922号公报
专利文献3：日本专利特开2006-32456号公报
专利文献4：日本专利特开2000-101099号公报
专利文献5：日本专利特开2005-268430号公报
在功率器件中，作为布线的金属材料，以往使用了Al(铝)或包含了Al与Si、Cu(铜)、Ti(钛)、Pd(钯)等的合金的以Al为主要成分的Al系材料。但是，在采用了Al系材料作为布线的金属材料的情况下，在超过200℃的高温工作中，发生该金属材料与和半导体衬底内的半导体区连接的电极或在半导体衬底的表面上形成的硅膜等的反应或发生该金属材料表面的氧化，元件的可靠性容易恶化。
考虑上述那样的Al系材料的问题，在上述专利文献1中提出了使用Cu系材料作为SiC功率器件中的布线金属。但是，Cu的热膨胀系数是17×10-6K-1。该值与Si(热膨胀系数4.2×10-6K-1)或SiC(热膨胀系数3.7×10-6K-1)等的半导体材料差别较大。因此，如果使用Cu系材料作为使用Si或SiC的功率器件中的布线金属材料，则在高温工作时在功率器件中发生变形，有时元件的可靠性成为问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而进行的，其目的在于实现作为功率器件的电力用半导体器件，该电力用半导体器件在高温工作中难以发生布线的金属材料与连接到半导体区上的电极等的反应且在高温工作中难以产生变形。
本发明是一种电力用半导体器件，具备：具有表面的半导体层；以在上述半导体层的上述表面的至少一部分上露出的方式在上述半导体层内形成的、预定的导电类型的半导体区；在上述半导体区上形成的第1绝缘膜；在上述半导体区上或上述第1绝缘膜上形成的电极；在上述电极上形成的、而且包含Pt、Ti、Mo、W、Ta中的至少一种的第1金属层；以及在上述第1金属层上形成的、而且包含Mo、W、Cu中的至少一种的第2金属层。
根据本发明，具备包含Pt、Ti、Mo、W、Ta中的至少一种的第1金属层和包含Mo、W、Cu中的至少一种的第2金属层。通过在第2金属层中使用作为反应性小的材料的Mo、W、Cu的某一种，在将第2金属层作为布线金属使用时，即使是高温工作，也难以发生在半导体区上或第1绝缘膜上形成的电极与第2金属层的反应。此外，通过在电极与第2金属层之间夹设作为反应性更小的材料的Pt、Ti、Mo、W、Ta的某一种的第1金属层，即使是高温工作，也可防止其它的金属材料混入到电极中等的现象。此外，在第2金属层中使用包含Cu的金属层的情况下，通过夹设第1金属层，可缓和因半导体区与第2金属层之间的热膨胀系数的差别引起的变形。于是，可实现在高温工作中难以发生布线的金属材料与连接到半导体区上的电极等的反应且在高温工作中难以产生变形的电力用半导体器件。
根据以下的详细的说明和附图，本发明的目的、特征、方面和优点会变得更加明白。
附图说明
图1是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的一部分的图。
图2是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图3是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图4是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图5是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图6是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图7是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图8是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图9是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图10是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图11是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图12是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图13是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的各制造工序的图。
图14是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的变形例的图。
图15是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的变形例的图。
图16是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的变形例的图。
图17是示出根据实施方式1的电力用半导体器件的变形例的图。
图18是示出根据实施方式2的电力用半导体器件的一部分的图。
图19是示出根据实施方式2的电力用半导体器件的一部分的图。
图20是示出根据实施方式2的电力用半导体器件的一部分的图。
具体实施方式
<实施方式1>
本实施方式的电力用半导体器件，是在半导体区上或半导体区上的绝缘膜上形成的电极上形成包含Pt、Ti、Mo、W、Ta中的至少一种的第1金属层、在第1金属层上形成包含Mo、W、Cu中的至少一种的第2金属层、在第2金属层上形成包含Pt、Mo、W中的至少一种的第3金属层的SiC功率器件。
图1是示出根据本实施方式的电力用半导体器件的一部分的图。再有，图1示出SiC功率器件(作为例子，n沟道SiCMOSFET)的元件结构的最小单位(在本申请中称为元件单位结构)的剖面，根据本实施方式的电力用半导体器件的结构为在图1的左右方向上折叠该元件单位结构并连续而成。
如图1中所示，在作为半导体衬底的n型低电阻SiC衬底1的表面上利用外延生长形成了用于保持耐压的作为半导体层的n型SiC漂移层2。n型SiC漂移层2的层厚约为3～20μm，掺杂浓度约为1×1015～15×1015/cm3。
在n型SiC漂移层2的表面上形成了p型SiC区13和n型SiC耗尽区6。在p型SiC区13中包含p型SiC基区3和p型SiC集电区5。再有，n型SiC耗尽区6与p型SiC基区3邻接。p型SiC集电区5是p型SiC区13中与后述的源电极接触的部分。此外，在p型SiC基区3的表面形成了既与n型SiC耗尽区6分离又与p型SiC集电区5邻接的作为半导体区的n型SiC源区4。
通过对n型SiC漂移层2进行离子注入和激活热处理，有选择地形成p型SiC区13和n型SiC源区4。即，在n型SiC漂移层2内形成作为半导体区的p型SiC区13和n型SiC源区4，使其在作为半导体层的n型SiC漂移层2的表面的一部分上露出。
p型SiC区13的层厚约为0.5～2μm，其掺杂浓度约为3×1017～20×1017/cm3。n型SiC源区4的层厚约为0.3～1μm，其掺杂浓度约为5×1018～50×1018/cm3。此外，在p型SiC区13中与源电极接触的p型SiC集电区5的形成中，通过另行有选择地进行离子注入来形成约5×1018～50×1018/cm3，使其成为比其它的部分(p型SiC基区3)浓度高的掺杂。
再有，n型SiC漂移层2中未形成p型SiC区13的n型区域成为n型SiC耗尽区6。n型SiC耗尽区6中的掺杂浓度可以是n型SiC漂移层2的原有的掺杂浓度。另一方面，通过另行进行离子注入或在n型SiC漂移层2的生长时在生长的同时改变掺杂浓度分布，可将n型SiC耗尽区6中的掺杂浓度提高到约3×1016～30×1016/cm3。如果这样来提高掺杂浓度，则可降低元件电阻。
在n型SiC源区4和p型SiC集电区5上形成了与n型SiC源区4电连接的源电极11。此外，在n型低电阻SiC衬底1的下表面形成了漏电极12。此外，在被n型SiC源区4和n型SiC耗尽区6夹持的部分的p型SiC基区3上、n型SiC耗尽区6上和n型SiC源区4的一部分上形成了氧化硅膜或硅氧化氮化膜等的栅绝缘膜8与多晶硅膜或金属膜等栅电极9的层叠结构。栅绝缘膜8的层厚例如约为10～100nm。
在栅绝缘膜8与栅电极9的层叠结构和n型SiC源区4上形成了氧化硅膜等的层间绝缘膜10。再有，在栅绝缘膜8与栅电极9的层叠结构的形成后在整个n型SiC漂移层2的表面上形成层间绝缘膜10。然后，去除层间绝缘膜10中源电极11的预定形成区域的部分。在该去除部分的内部，形成源电极11。即，在n型SiC漂移层2的表面上且在形成源电极11的区域以外的区域中存在层间绝缘膜10。此外，用Ni或包含Ni的金属层形成源电极11和漏电极12。此外，如图1中所示，在层间绝缘膜10上延伸地形成了第1至第3金属层14～16。
在源电极11上形成了第1金属层14。此外，在第1金属层14上形成了第2金属层15。此外，在第2金属层15上形成了第3金属层16。这些第1至第3金属层14～16互相结合起来起到布线金属层的功能。
第2金属层15是承担作为布线的主要功能的部分。用包含反应性小且电传导度大的Cu(铜)、Mo(钼)、W(钨)中的至少一种的金属膜构成第2金属层15。此外，可以是这些金属的单层膜，也可以是包含这些三种金属中的至少一种的多层膜或合金膜。层厚例如约为100～700nm。
此外，第1金属层14具有防止层间绝缘膜10(构成材料是氧化硅膜)或源电极11(构成材料是Ni系金属)与作为布线的第2金属层15在高温工作中反应而导致元件特性的恶化的功能。此外，第1金属层14具有也防止第2金属层15与作为栅电极9的构成材料的多晶硅发生反应的功能。
第1金属层14包含作为反应性小的材料的Ti(钛)、Pt(铂)、Ta(钽)这三种或热膨胀系数与Si或SiC等的半导体材料接近的Mo(钼，其热膨胀系数是5.1×10-6K-1)、W(钨，其热膨胀系数是4.5×10-6K-1)这两种共计五种金属中的至少一种。具体地说，作为第1金属层14，可使用上述五种金属的各单层膜、或包含五种金属中的某一种的合金膜、或包含五种金属的某一种的单层膜的多层膜。
例如，作为合金膜，除了TiW或WSi那样的金属相互间的合金膜外，也可使用TiN、WN、WSiN、TaN那样的氮化物。此外，作为多层膜，例如也可使用以若干周期层叠了Pt与Ti的层叠结构的Pt/Ti/Pt/Ti...Pt/Ti那样的结构。此外，也可使用将上述的合金膜或氮化物与金属膜作成了层叠结构的Ti/TiN、TaN/Ta那样的结构。
第1金属层14的层厚在单层膜中例如为约5～100nm，在层叠结构中约为10～200nm。在以热膨胀系数接近于Si或SiC等的半导体材料的Mo或W为主要成分的情况下，可作成比较厚的层厚。
再有，作为第2金属层15与第1金属层14的层叠结构的组合，例如可采取Cu/Ti/TiN、Cu/WSiN、Cu/WSi、Cu/TaN/Ta、Cu/Pt/Ti、W/WN、W/Pt/Ti、W/TiN、Mo/TiN、Mo/Pt/Ti等各种各样的结构。
此外，在承担作为布线的主要功能的第2金属层15以Cu为主要成分的情况下，如果考虑SiC与第2金属层15的热膨胀系数的差别，则作为第1金属层14，希望使用包含W的合金膜或使用将包含反应性更小的Ti的约5～20nm的薄膜作成与源电极11相接的最下层膜的层叠膜。与此不同，在承担作为布线的主要功能的第2金属层15以Mo或W为主要成分的情况下，由于SiC与第2金属层15的热膨胀系数的差小，故可把包含反应性小的Ti、Pt、Ta的单层膜、合金膜适当地组合来构成第1金属层14。作为包含W的合金膜，有TiW、WSi、WN、WSiN。作为将包含反应性更小的Ti的约5～20nm的薄膜作成与源电极11相接的最下层膜的层叠膜，有TiN/Ti(Ti的厚度为5～20nm)、Ti/TiN(TiN的厚度为5～20nm)、Pt/Ti(Ti的厚度为5～20nm)。在Pt/Ti中，因采取将各层厚定为5～20nm并以若干周期层叠了的结构，可防止高温工作时的反应。作为适当地组合了包含反应性小的Ti、Pt、Ta的单层膜、合金膜的结构，有TiN/Ti、Ti/TiN、Pt/Ti、TaN/Ta、Ta/TaN。
此外，在图1中层间绝缘膜10的宽度是3～10μm、厚度约为1～3μm，由于宽度、厚度都比源电极11大，故也有必要考虑层间绝缘膜10与第1金属层14的反应或应力。因而，从该观点来看，在承担作为布线的主要功能的第2金属层15以Cu为主要成分的情况下，作为第1金属层14希望使用包含W的合金膜或使用将包含反应性更小的Ti的约5～20nm的薄膜作成与层间绝缘膜10相接的最下层膜的层叠膜。在承担作为布线的主要功能的第2金属层15以Mo或W为主要成分、把包含反应性小的Ti、Pt、Ta的单层膜、合金膜适当地组合来构成第1金属层14的情况下，也希望第1金属层14为将约5～20nm的薄膜作为与层间绝缘膜10相接的最下层膜而得到的层叠膜。
在作为布线的第2金属层15中包含Cu的情况下，第3金属层16具有防止在高温工作时第2金属层15的表面氧化的功能。第3金属层16是包含Pt、Mo、W中的至少一种的金属膜。通过采用这样的膜，可防止第2金属层15的表面的氧化。作为第3金属层16，除了Pt、Mo、W的单层膜外，可使用TiW、WN的合金膜、Pt/Ti那样的层叠膜。
再有，n型SiC漂移层2、p型SiC基区3、n型SiC耗尽区6、n型SiC源区4、p型SiC集电区5、源电极11、栅绝缘膜8和栅电极9的层叠结构、层间绝缘膜10、第1至第3金属层14～16以及在栅电极9上形成的金属布线层构成一个元件单位结构。
以下说明图1的电力用半导体器件的制造方法。图2～图13是示出根据本实施方式的电力用半导体器件的各制造工序的图。
首先，如图2中所示，在n型低电阻SiC衬底1上利用外延生长技术形成n型SiC漂移层2。其次，如图3中所示，通过在n型SiC漂移层2的表面上进行杂质离子注入和激活热处理，有选择地形成p型SiC区13。再有，使p型SiC区13的层厚约为0.5～2μm，此外，其掺杂浓度约为3×1017～2×1018/cm3即可。
其次，如图4中所示，通过在p型SiC区13的表面上进行杂质离子注入和激活热处理，形成n型SiC源区4。接着，通过有选择地进行离子注入，如图5中所示，形成p型SiC集电区5。
其次，在n型SiC耗尽区6中的掺杂浓度与n型SiC漂移层2的掺杂浓度不同的情况下，例如通过有选择地进行离子注入，如图6中所示，形成n型SiC耗尽区6。
其次，如图7中所示，在n型SiC源区4的一部分、p型SiC基区3和n型SiC耗尽区6的表面上利用热氧化法或CVD(化学气相淀积)法形成栅绝缘膜8(氧化硅膜或氧化氮化硅膜)。
其次，如图8中所示，在栅绝缘膜8上利用CVD法等形成栅电极9(例如多晶硅膜)。接着，如图9中所示，形成氧化硅膜等的层间绝缘膜10。如上所述，去除层间绝缘膜10中源电极11的预定形成区域的部分。然后，如图10中所示，利用金属蒸镀法等形成Ni或包含Ni的金属层作为源电极11和漏电极12。
其次，如图11中所示，在源电极11和层间绝缘膜10上利用金属蒸镀法等形成第1金属层14。其次，如图12中所示，在第1金属层14上利用金属蒸镀法等形成第2金属层15。然后，如图13中所示，在第2金属层15上利用金属蒸镀法等形成第3金属层16。
再有，关于各层中的离子注入原材料的激活热处理，可在栅绝缘膜8和栅电极9的形成的紧前集中地进行，也可在其后进行。
根据本实施方式的电力用半导体器件，具备包含Pt、Ti、Mo、W、Ta中的至少一种的第1金属层14和包含Mo、W、Cu中的至少一种的第2金属层15。因在第2金属层15中使用作为反应性小的材料的Mo、W、Cu的某一种，在将第2金属层15作为布线金属使用时，即使是高温工作，也难以发生在作为半导体区的n型SiC源区4上形成的源电极11与第2金属层15的反应。此外，通过在源电极11与第2金属层15之间夹设包含作为反应性更小的材料的Pt、Ti、Mo、W、Ta的某一种的第1金属层14，也可防止其它的金属材料混入到源电极11中等的现象。此外，在第2金属层15中使用包含Cu的金属层的情况下，通过夹设第1金属层14，可缓和因作为半导体区的n型SiC源区4与第2金属层15之间的热膨胀系数的差别引起的变形。于是，可实现在高温工作中难以发生布线的金属材料与连接到半导体区上的电极等的反应且在高温工作中难以发生变形的电力用半导体器件。
此外，根据本实施方式的电力用半导体器件，还具备在第2金属层15上形成的、而且包含Pt、Mo、W中的至少一种的第3金属层16。因在第2金属层15的表面上形成包含作为反应性小的材料的Pt、Mo、W的至少一种的第3金属层16，可防止因高温工作中的氧化等引起的第2金属层15表面的性能恶化。
这样，通过在源电极11上和层间绝缘膜10上配置第1金属层14、第2金属层15、第3金属层16，可防止起到布线的功能的第2金属层15与源电极11或源区4、p型SiC区13、层间绝缘膜10的在高温工作时发生反应或产生应力，而且可防止金属层表面的氧化。
此外，根据本实施方式的电力用半导体器件，还具备在作为半导体层的n型SiC漂移层2的表面上且在形成了源电极11的区域以外的区域中形成的层间绝缘膜10，第1和第2金属层14、15延伸到层间绝缘膜10上。于是，在将第2金属层15用作布线金属时，即使是高温工作，也难以发生在n型SiC漂移层2的表面上形成的栅绝缘膜8或层间绝缘膜10下的各种膜(例如，栅电极9)与第2金属层15的反应。
再有，在上述中，在源电极11上形成了第1至第3金属层14～16。也可采用与其分离地或与其一起在栅电极9上也形成了第1至第3金属层的结构。此时成为在作为半导体区的p型SiC基区3上形成作为第1绝缘膜的栅绝缘膜8、在其上形成栅电极9、在栅电极9上形成第1至第3金属层的结构。而且，层间绝缘膜10处于n型SiC漂移层2的表面上和栅绝缘膜8的表面上，起到在形成栅电极9的区域以外的区域中形成的第2绝缘膜的功能。
作为此时的制造方法，在为了形成源电极11而部分地去除层间绝缘膜10时，或者另行去除栅电极9上的布线(第1至第3金属层)形成部分的层间绝缘膜10即可。虽然在源电极11和/或栅电极9上形成第1至第3金属层14～16来制作MOSFET，但在与用于形成源电极11的层间绝缘膜10的部分的去除同时地进行栅电极9上的布线(第1至第3金属层)形成部分的层间绝缘膜10的去除时，就在栅电极9上形成源电极11的构成材料和第1至第3金属层14～16。另一方面，在与用于形成源电极11的层间绝缘膜10的部分的去除分开地在源电极11的形成后进行栅电极9上的布线(第1至第3金属层)形成部分的层间绝缘膜10的去除时，在栅电极9上的布线部分中只形成第1至第3金属层14～16。图14是示出用后者的方法在栅电极9上形成了第1至第3金属层14～16时的本电力用半导体器件的结构的图。
在上述中，将p型SiC基区3中与栅绝缘膜8的接触面附近作为沟道区。但是，也可在该沟道区附近另行进行离子注入以追加形成沟道层。
图15和图16是示出根据本实施方式的电力用半导体器件的变形例的图。在图15中，横跨p型SiC基区3的表面内、n型SiC源区4的一部分的表面内和n型SiC耗尽区6的表面内形成了沟道层7。在栅绝缘膜8的形成前，通过在作为半导体层的n型SiC漂移层2的表面上有选择地进行离子注入形成该沟道层7即可。除了这一点外，装置结构及其制造方法与图1的情况是相同的。
此外，在图16中，横跨p型SiC基区3的表面上、n型SiC源区4的一部分的表面上和n型SiC耗尽区6的表面上形成了沟道层7。在栅绝缘膜8的形成前，利用外延生长形成硅膜等的半导体膜，利用光刻技术形成该沟道层7使其成为与栅绝缘膜8相同的构图即可。除了这一点外，装置结构及其制造方法与图1的情况是相同的。
可以没有沟道层7，图1的情况相当于没有沟道层7的情况。在如上述那样设置了沟道层7的情况下，其导电类型可以是n型，也可以是p型。此外，为了改善因离子注入原材料的激活热处理产生的表面粗糙，希望进行成为图16中示出的结构的外延生长的形成，但只要因激活热处理产生的表面粗糙少，也可以是利用图15中示出的有选择的离子注入形成了沟道层的结构。
再有，在本实施方式中，用SiC构成了n型低电阻SiC衬底1或n型SiC漂移层2、p型SiC区13、n型SiC源区4等，但这些各部分的构成元素不一定限于SiC。例如，也可采用例如Si等的其它半导体作为这些各部分的构成元素。
此外，在以上中举出MOSFET作为电力用半导体器件的一例，说明了对于其源电极11的布线金属，但不限于MOSFET，即使在开关元件或二极管元件中的对于与半导体区连接的所有的电极的布线金属中，也同样地可使用本发明。
此外，在以上中说明了采用Ni系电极作为源电极11的电极材料的情况，但即使在将以Al或Ti、多晶硅膜等为代表的Ni系以外的材料用作电极材料的情况下，也同样地可使用本发明。
此外，在以上中示出了源电极11与层间绝缘膜10相接的结构的情况，但因源电极11的材料种类的缘故在高温工作时担心源电极11与层间绝缘膜10发生反应的情况下，即使是如图17中所示那样第1金属层14存在于源电极11与层间绝缘膜10之间、源电极11不与层间绝缘膜10相接、层间绝缘膜10和源电极11被第1金属层14覆盖的结构的情况下，也可使用本发明。
<实施方式2>
本实施方式是根据实施方式1的电力用半导体器件的变形例，是省略了上述的第3金属层16的结构的电力用半导体器件。
图18、图19、图20分别示出从图1、图15、图16的各电力用半导体器件的结构去除了第3金属层16的结构的根据本实施方式的电力用半导体器件。
在实施方式1中，提到采用包含Cu的膜作为第2金属层15的情况，为了防止第2金属层15的表面在高温工作时因氧化等而性能恶化，设置了第3金属层16。但是，在第2金属层15包含Mo、W中的至少一种而不包含Cu的情况下，如图18～图20中所示，可作成省略了第3金属层16的结构。
因作成在第2金属层15中不包含Cu的结构，故可用热膨胀系数与半导体材料比较接近的材料构成第2金属层15，可防止高温工作时的变形的发生。即，通过将布线金属层作成这样的结构，即使在大于等于200℃的高温下也不会从电极或布线部分的金属的部分发生性能恶化，可使元件稳定地工作。

Claims (4)

1.一种电力用半导体器件，其特征在于，具备：
具有表面的半导体层(2)；
以在上述半导体层的上述表面的至少一部分上露出的方式在上述半导体层内形成的、预定的导电类型的半导体区(13)；
在上述半导体区上形成的第1绝缘膜(8)；
在上述半导体区上或上述第1绝缘膜上形成的电极(9，11)；
在上述电极上形成的、而且包含Pt、Ti、Mo、W、Ta中的至少一种的第1金属层(14)；以及
在上述第1金属层上形成的、而且包含Mo、W、Cu中的至少一种的第2金属层(15)。
2.如权利要求1中所述的电力用半导体器件，其特征在于：
还具备在上述第2金属层上形成的、而且包含Pt、Mo、W中的至少一种的第3金属层(16)。
3.如权利要求1中所述的电力用半导体器件，其特征在于：
还具备在上述半导体层的上述表面上和/或上述第1绝缘膜的表面上，且在形成了上述电极的区域以外的区域中形成的第2绝缘膜(10)，且
上述第1和第2金属层延伸到上述第2绝缘膜上。
4.如权利要求3中所述的电力用半导体器件，其特征在于：
以在上述半导体区上形成的上述电极(11)与上述第2绝缘膜不接触的方式在该电极与该绝缘膜之间存在第1金属层。
CN2007800078432A 2006-03-22 2007-03-19 电力用半导体器件 Active CN101395701B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006078348 2006-03-22
JP078348/2006 2006-03-22
PCT/JP2007/055514 WO2007108439A1 (ja) 2006-03-22 2007-03-19 電力用半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101395701A true CN101395701A (zh) 2009-03-25
CN101395701B CN101395701B (zh) 2010-06-02

Family

ID=38522468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800078432A Active CN101395701B (zh) 2006-03-22 2007-03-19 电力用半导体器件

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8093598B2 (zh)
JP (2) JP4995187B2 (zh)
KR (1) KR101025438B1 (zh)
CN (1) CN101395701B (zh)
DE (1) DE112007000697B4 (zh)
WO (1) WO2007108439A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106252416A (zh) * 2011-06-23 2016-12-21 三菱电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5211666B2 (ja) * 2007-12-06 2013-06-12 株式会社デンソー 絶縁ゲートトランジスタ
WO2010073991A1 (ja) * 2008-12-23 2010-07-01 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2014225692A (ja) * 2008-12-25 2014-12-04 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5558392B2 (ja) * 2011-03-10 2014-07-23 株式会社東芝 半導体装置とその製造方法
JP2012253108A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
US9257283B2 (en) * 2012-08-06 2016-02-09 General Electric Company Device having reduced bias temperature instability (BTI)
JP5889171B2 (ja) * 2012-12-04 2016-03-22 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
JP6125420B2 (ja) * 2013-12-26 2017-05-10 株式会社豊田中央研究所 半導体装置
US9722017B2 (en) * 2014-01-28 2017-08-01 Mitsubishi Electric Corporation Silicon carbide semiconductor device
JP6246617B2 (ja) * 2014-02-27 2017-12-13 株式会社豊田中央研究所 表面電極を備えている半導体チップ
WO2015159579A1 (ja) 2014-04-16 2015-10-22 三菱電機株式会社 半導体装置
JP6347442B2 (ja) * 2014-08-19 2018-06-27 国立研究開発法人産業技術総合研究所 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP6772495B2 (ja) * 2016-03-16 2020-10-21 富士電機株式会社 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
US11367683B2 (en) 2018-07-03 2022-06-21 Infineon Technologies Ag Silicon carbide device and method for forming a silicon carbide device
US11869840B2 (en) 2018-07-03 2024-01-09 Infineon Technologies Ag Silicon carbide device and method for forming a silicon carbide device
KR102199957B1 (ko) 2019-10-11 2021-01-07 김현욱 파이프 자동 천공장치

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4933743A (en) * 1989-03-11 1990-06-12 Fairchild Semiconductor Corporation High performance interconnect system for an integrated circuit
JP3158704B2 (ja) * 1992-09-08 2001-04-23 富士電機株式会社 絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法
JPH06326105A (ja) * 1993-05-14 1994-11-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体装置の積層配線構造
US5385855A (en) 1994-02-24 1995-01-31 General Electric Company Fabrication of silicon carbide integrated circuits
JP2757796B2 (ja) * 1994-11-10 1998-05-25 日本電気株式会社 半導体集積回路装置
US5510281A (en) * 1995-03-20 1996-04-23 General Electric Company Method of fabricating a self-aligned DMOS transistor device using SiC and spacers
JPH0922922A (ja) 1995-07-04 1997-01-21 Mitsubishi Materials Corp ＳｉＣ上のＰｔ電極への配線構造
US5929523A (en) 1996-03-07 1999-07-27 3C Semiconductor Corporation Os rectifying Schottky and ohmic junction and W/WC/TiC ohmic contacts on SiC
JPH1012571A (ja) 1996-06-26 1998-01-16 Hitachi Ltd 半導体装置
US6020640A (en) * 1996-12-19 2000-02-01 Texas Instruments Incorporated Thick plated interconnect and associated auxillary interconnect
JP4003296B2 (ja) * 1998-06-22 2007-11-07 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
JP3361061B2 (ja) 1998-09-17 2003-01-07 株式会社東芝 半導体装置
US6501098B2 (en) * 1998-11-25 2002-12-31 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Semiconductor device
US6451181B1 (en) * 1999-03-02 2002-09-17 Motorola, Inc. Method of forming a semiconductor device barrier layer
JP4906184B2 (ja) 2000-11-17 2012-03-28 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 絶縁ゲート型半導体装置の製造方法
JP3539417B2 (ja) 2001-11-14 2004-07-07 日産自動車株式会社 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
JP2003318395A (ja) 2002-04-19 2003-11-07 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法
US7217954B2 (en) * 2003-03-18 2007-05-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Silicon carbide semiconductor device and method for fabricating the same
KR100939560B1 (ko) * 2003-06-30 2010-01-29 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치용 어레이기판과 제조방법
JP2005268430A (ja) 2004-03-17 2005-09-29 Nissan Motor Co Ltd オーミック電極構造体およびその製造方法
JP2005311284A (ja) * 2004-03-23 2005-11-04 Fuji Electric Holdings Co Ltd パワー半導体素子およびこれを用いた半導体装置
JP2005310902A (ja) 2004-04-19 2005-11-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置と半導体装置の製造方法
JP2006024880A (ja) * 2004-06-09 2006-01-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP4091931B2 (ja) * 2004-07-13 2008-05-28 新電元工業株式会社 ＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置の製造方法
JP4038498B2 (ja) 2004-07-13 2008-01-23 新電元工業株式会社 半導体素子および半導体素子の製造方法
DE102004036140A1 (de) * 2004-07-26 2006-03-23 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement
US7348672B2 (en) * 2005-07-07 2008-03-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Interconnects with improved reliability

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106252416A (zh) * 2011-06-23 2016-12-21 三菱电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
CN106252416B (zh) * 2011-06-23 2019-04-23 三菱电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012151498A (ja) 2012-08-09
KR101025438B1 (ko) 2011-03-28
JPWO2007108439A1 (ja) 2009-08-06
KR20080098425A (ko) 2008-11-07
US8093598B2 (en) 2012-01-10
US20120074508A1 (en) 2012-03-29
DE112007000697T5 (de) 2009-02-05
JP4995187B2 (ja) 2012-08-08
CN101395701B (zh) 2010-06-02
WO2007108439A1 (ja) 2007-09-27
DE112007000697B4 (de) 2013-11-07
US20090020766A1 (en) 2009-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101395701B (zh) 电力用半导体器件
US7829416B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for producing the same
JP4858791B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US9437682B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US9082877B2 (en) Complementary metal oxide semiconductor (CMOS) device having gate structures connected by a metal gate conductor
WO2007060797A1 (ja) 半導体装置およびその製造方法
TW200820351A (en) Integrated circuit devices and fabrication methods thereof
JP2007251030A (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
WO2008018342A1 (fr) Dispositif semi-conducteur au carbure de silicium et son procédé de fabrication
JP6250230B2 (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
US8168522B2 (en) Method for fabricating semiconductor device
JP2008243994A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4817813B2 (ja) ダイヤモンド半導体素子及びその製造方法
US20080023765A1 (en) Semiconductor Devices and Methods of Fabricating the Same
JP6337725B2 (ja) 半導体装置
JP5602256B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US11688785B2 (en) Metal semiconductor contacts
JP2005026273A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH09298170A (ja) 半導体装置用電極配線およびその製造方法
TW201209926A (en) Metal gate transistor and method for fabricating the same
JP2005235984A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2005064283A (ja) 絶縁ゲート型半導体素子およびその製造方法
JPH0434820B2 (zh)
JP2004146685A (ja) 絶縁ゲート型半導体素子およびその製造方法
JPH1117174A (ja) Ｍｉｓ型トランジスタ素子のゲート電極及びその形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant