JP6296970B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
<プレーナゲート型MOSFET>
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置としての炭化珪素半導体装置、具体的には、ユニットセルからなるMOS構造を備えたスイッチング素子を有するプレーナゲート型炭化珪素MOSFETの構造を模式的に示した平面図(上面図)である。以下、本実施の形態1では炭化珪素からなる半導体装置について説明する。
次に、本実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置40(プレーナゲート型MOSFET)の製造方法について、図4〜図15などを用いて順に説明する。図4〜図15は、炭化珪素半導体装置40(プレーナゲート型MOSFET)の各製造工程における構造を示す断面図である。
次に、層間絶縁膜に傾斜が形成されている場合に層間絶縁膜上にAl膜を堆積すると、Al膜中の凹部(空隙)が先端に向かうにつれて間隔が細くなるように形成される理由について述べる。
本実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置40及びその製造方法では、層間絶縁膜8のコンタクトホール12,13を等方性エッチングと異方性エッチングとにより形成するので、層間絶縁膜8に、コンタクトホール12,13に向かって下方に傾斜する傾斜面121,131を形成することができる。この結果、コンタクトホール12,13を反映した凹部52m,52nをAl膜52a,52bに形成することができるので、外部出力ソース電極10及び外部出力ゲート電極15などの比較的厚い電極におけるボイドを抑制することができる。また、Al膜52a,52bを通常の物理蒸着法(スパッタ法)で形成するため、加熱機構付のスパッタ装置が不要となり低コストで形成できる。さらに、Al膜52a,52bは高温の熱処理を行っていないので、Ti膜51a,51bとAl膜52a,52bとの反応、ひいてはTi膜51a,51bの変質を回避できる。また、Ni膜53a,53bをめっき法により形成しているので、外部出力ソース電極10及び外部出力ゲート電極15などの厚い電極におけるボイドを抑制することができるとともに、これら電極を低コストで形成することができる。
<トレンチゲート型MOSFET>
実施の形態1のMOSFETでは、ドレイン電流はソース領域3からチャネル部分(図3のウェル領域4のゲート電極7下方の部分)と、JFET領域16とを通って流れる。JFET領域16の不純物濃度は低濃度のため抵抗が高い。このオン抵抗を低減する、すなわちドレイン電流を増大させるために、JFET領域16を無くしてトレンチ構造をゲート電極に用いた、いわゆるトレンチ構造MOSFETを、本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置40として説明する。なお、本実施の形態2において、実施の形態1と同じまたは同等部分に関しては簡略のためその説明を省略する。
次に、本実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置40(トレンチゲート型のMOSFET)の製造方法について図20〜図24などを用いて説明する。まず、実施の形態1と同じ工程によって、図20に示すように、ドリフト層2、ソース領域3、ウェル領域4、p+コンタクト領域5及び酸化膜14を作製する。次に図21に示すように写真製版処理及びエッチング処理により、ソース領域3の一部とウェル領域4の一部及びドリフト層2の一部を除去してトレンチ18を形成する。トレンチ18の深さは、その底面がウェル領域4の底面よりも下方に位置するように設定される。トレンチ18の幅(図21中の幅F)は例えば1.0μmとする。
本実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置40及びその製造方法では、実施の形態1と同様に、層間絶縁膜8のコンタクトホール12,13を等方性エッチングと異方性エッチングとにより形成するので、層間絶縁膜8に、コンタクトホール12,13に向かって下方に傾斜する傾斜面121,131を形成することができる。このため本実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置(トレンチゲート型MOSFET)においても、コンタクトホール12,13を反映した凹部52m,52nをAl膜52a,52bに形成することができるので、外部出力ソース電極10及び外部出力ゲート電極15などの比較的厚い電極におけるボイドを抑制することができる。また、Al膜52a,52bを通常の物理蒸着法(スパッタ法)で形成するため、加熱機構付のスパッタ装置が不要となり低コストで形成できる。さらに、Al膜52a,52bは高温の熱処理を行っていないので、Ti膜51a,51bとAl膜52a,52bとの反応、ひいてはTi膜51a,51bの変質を回避できる。また、Ni膜53a,53bをめっき法により形成しているので、外部出力ソース電極10及び外部出力ゲート電極15などの厚い電極におけるボイドを抑制することができるとともに、これら電極を低コストで形成することができる。
<傾斜の領域>
実施の形態1,2では、セル配置領域20における、ゲート電極7上の層間絶縁膜8の上面全体に、傾斜面が設けられていた。しかしながら、この傾斜面を設ける領域は、層間絶縁膜8の上面全体に限ったものではない。
<セル形状>
実施の形態1,2においては、ユニットセルが正方形であり、複数のユニットセルがマトリクス状に配置されている。しかしながら、ユニットセルの形状や配置はこれに限定されない。
実施の形態1,2においては、外部出力ソース電極10及び外部出力ゲート電極15にAl膜及びNi膜を使用した。外部出力ソース電極10及び外部出力ゲート電極15はこれらの金属に限定されない。スパッタ法で形成できる金属、及びその上部にめっき法で形成できる金属であれば本発明の効果を実現できることは言うまでもない。例えばスパッタ法でコバルト(Co)、めっき法で銅(Cu)を形成してもよいし、スパッタ法、めっき法の両方とも銅を形成してもよい。また、以上の説明では、バリアメタルとしてTi膜を形成したが、これに限ったものではなく、窒化チタン(TiN)、タングステン(W)などを使用してもよいし、バリアメタルそのものを形成しなくてもよい。
Claims (10)
- 被接続領域を含む下地と、
前記下地上に配設され、前記被接続領域に対応して開口部が設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に配設され、前記開口部を介して前記被接続領域と電気的に接続された電極と
を備え、
半導体素子が配置された素子配置領域における、前記層間絶縁膜の前記開口部同士の間の上面全体は、前記開口部に向かって下方に傾斜する傾斜面を含み、
前記電極は、
前記層間絶縁膜上及び前記層間絶縁膜の前記開口部内に設けられ、前記開口部を反映した凹部が形成された第1金属電極と、
前記第1金属電極上に設けられるとともに、前記凹部内に充填された第2金属電極とを含む、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記下地は、
半導体基板と、
前記半導体基板の第1主面上に配設された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の上部に選択的に配設された第2導電型のウェル領域と、
前記ドリフト層上、前記ウェル領域上、及び、前記ウェル領域の上部に選択的に配設された前記被接続領域である前記第1導電型のソース領域上に選択的に配設されたゲート絶縁膜と、
前記ドリフト層上、前記ウェル領域上及び前記ソース領域上に、前記ゲート絶縁膜を介して選択的に配設され、前記層間絶縁膜により覆われるゲート電極と、
前記半導体基板の前記第1主面と逆側の第2主面上に配設されたドレイン電極と
をさらに含み、
前記層間絶縁膜の前記開口部は、前記ソース領域上に設けられ、
前記電極は、前記開口部を介して前記ソース領域と電気的に接続されたソース電極である、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記下地は、
半導体基板と、
前記下地の第1主面上に配設された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の上部に選択的に配設された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域、及び、前記ウェル領域の上部に選択的に配設された前記被接続領域である前記第1導電型のソース領域を貫通するトレンチと、
前記トレンチの内壁上に配設されたゲート絶縁膜と、
前記トレンチの内壁上に前記ゲート絶縁膜を介して配設されたゲート電極と、
前記半導体基板の前記第1主面と逆側の第2主面上に配設されたドレイン電極と
をさらに含み、
前記層間絶縁膜の前記開口部は、前記ソース領域上に設けられ、
前記電極は、前記開口部を介して前記ソース領域と電気的に接続されたソース電極である、半導体装置。 - 請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記開口部が断面視において上側に向かって広がるように、前記開口部の側壁は傾斜しており、
前記開口部の前記側壁と前記下地の厚み方向とのなす角度は、前記層間絶縁膜の前記傾斜面と前記厚み方向とのなす角度よりも小さい、半導体装置。 - 請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記第1金属電極は、
前記層間絶縁膜上及び前記層間絶縁膜の前記開口部の側壁上に設けられたチタン膜と、当該チタン膜上に配設され、前記凹部が設けられたアルミニウム膜とを含み、
前記第2金属電極は、
前記アルミニウム膜上に配設され、前記凹部内に充填されたニッケル膜を含む、半導体装置。 - 請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記下地はワイドバンドギャップ半導体からなる、半導体装置。 - 請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記凹部の入り口近傍は、内部に向かって先細る形状を有する、半導体装置。 - (a)被接続領域を含む下地上に層間絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜に等方性エッチング及び異方性エッチングを行うことにより、前記被接続領域に対応して前記層間絶縁膜に開口部を形成するとともに、半導体素子が配置された素子配置領域における、前記層間絶縁膜の前記開口部同士の間の上面全体に、前記開口部に向かって下方に傾斜する傾斜面を形成する工程と、
(c)物理蒸着法により、前記開口部を反映し、かつ、前記入り口近傍が内部に向かって先細る形状を有する凹部が形成された第1金属電極を、前記層間絶縁膜上及び前記層間絶縁膜の前記開口部内に形成する工程と、
(d)めっき法により、第2金属電極を、前記第1金属電極上に形成するとともに、前記凹部内に充填する工程と
を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項8に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1金属電極は、
前記層間絶縁膜上及び前記層間絶縁膜の前記開口部の側壁上に設けられたチタン膜と、当該チタン膜上に配設され、前記凹部が設けられたアルミニウム膜とを含み、
前記第2金属電極は、
前記アルミニウム膜上に配設され、前記凹部内に充填されたニッケル膜を含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項8または請求項9に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記下地はワイドバンドギャップ半導体からなる、半導体装置の製造方法。
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