特許 7613240 炭化珪素半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H10D 64/01 20250101AFI20250107BHJP

   H10D 64/60 20250101ALI20250107BHJP

   H10D 8/01 20250101ALI20250107BHJP

   H10D 8/50 20250101ALI20250107BHJP

   H10D 30/66 20250101ALI20250107BHJP

   H10D 30/01 20250101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

H01L21/28 Z

H01L21/28 301B

H01L21/28 301S

H01L29/91 A

H01L29/91 F

H01L29/78 652T

H01L29/78 658F

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021073506

(22)【出願日】2021-04-23

(65)【公開番号】P2022167603

(43)【公開日】2022-11-04

【審査請求日】2024-01-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平松 佳奈

(72)【発明者】

【氏名】岩橋 洋平

(72)【発明者】

【氏名】津間 博基

【審査官】佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０６２４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８２４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０２９５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０６４９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１３３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０１Ｌ ２１／３２９

Ｈ０１Ｌ ２９／８６１

Ｈ０１Ｌ ２９／１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
半導体素子が形成された炭化珪素ウェハ（１０）を用意することと、
前記炭化珪素ウェハの上にポリシリコン層（１１）を形成することと、
前記ポリシリコン層を覆う絶縁膜（１２）を形成することと、
前記絶縁膜の上にレジスト（１３）を形成したのち、該レジストをパターニングしてレジストパターンを形成することと、
前記レジストパターンをマスクとして前記絶縁膜をエッチングし、前記半導体素子の所望部位を開口させるコンタクトホールを形成すると共に、前記炭化珪素ウェハの外縁部において前記絶縁膜を除去してエッジカットすることで、前記絶縁膜をパターニングすることと、
前記コンタクトホール内を含めて前記絶縁膜の上にオーミック材料（１４）を成膜したのち、熱処理を行って、前記半導体素子の所望部位と前記オーミック材料とをオーミック接触させることと、を含み、
前記ポリシリコン層を形成することでは、前記炭化珪素ウェハの外縁部において前記ポリシリコン層を除去することで該ポリシリコン層のエッジカットを行い、
前記レジストパターンを形成することでは、前記レジストのうち前記炭化珪素ウェハの外縁の部分を除去してエッジカットを行い、
前記絶縁膜をパターニングすることでは、エッジカットが行われた前記レジストによる前記レジストパターンをマスクとすることで、該絶縁膜のエッジカットを行い、
前記絶縁膜のエッジカットされた領域の幅よりも、前記ポリシリコン層のエッジカットされた領域の幅の方が広くなるようにする、炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記オーミック接触させることでは、前記オーミック材料としてニッケルを用い、前記熱処理によって前記半導体素子を構成する炭化珪素との間にニッケルシリサイドを形成する、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記絶縁膜のエッジカットされた領域の幅が１．５±０．５ｍｍとされ、
前記ポリシリコン層のエッジカットされた領域の幅が３±０．５ｍｍとされる、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポリシリコン層が用いられる炭化珪素（以下、ＳｉＣという）半導体装置の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、レジスト塗布後のエッジカットに関する技術が開示されている。具体的には、シリコン基板の上にシリコン酸化膜で構成された下地絶縁膜を形成したのち、下地絶縁膜の上にレジストを塗布し、その後、エッジリンス処理等によりウェハ外縁部においてレジストを除去することでエッジカットを行っている。そして、エッジカットを行った後に、露光により下地絶縁膜に対してコンタクトホールを形成するためのレジストパターンを形成しており、この際に露光領域がエッジカット領域と重ならないようにしている。

【0003】

このように、コンタクトホールの形成予定領域と対応するレジストの露光領域がエッジカット領域と重ならないようにすることで、コンタクトホール内に形成されるプラグ導体部が露出するなどによるパーティクルの発生を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－３５１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＳｉＣ半導体装置において、例えばＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子を製造する場合、ポリシリコンによってゲート電極を含むゲート配線層を形成した後、ポリシリコンを酸化膜などの絶縁膜で覆う工程を行っている。また、この工程の後に、絶縁膜にコンタクトホールを設けたのち、その領域にＮｉなどのオーミック材料を堆積させ、さらに熱処理を行うことでＳｉＣとオーミック接触させたオーミック電極を形成している。

【0006】

このようなＳｉＣ半導体装置の製造において、上記した特許文献１に示すエッジカット技術を適用することが考えられる。しかしながら、特許文献１に示すエッジカット技術を適用した場合、エッジカット領域において絶縁膜が除去されることで、ポリシリコンが露出する可能性がある。そして、ポリシリコンが露出してしまうと、オーミック電極を形成する際に、オーミック材料とポリシリコンとが反応し、その反応生成物がパーティクルになるという課題が発生する。ＳｉＣでは、オーミック電極を形成する際の熱処理温度が高温であるためにポリシリコンとオーミック材料とが反応する。例えばオーミック材料としてニッケル（Ｎｉ）を使用するとＮｉシリサイドが形成され、上記課題が発生する。

【0007】

なお、特許文献１の技術では、下地絶縁膜の外縁部よりも内側の位置までエッジカット領域とし、それよりも更に内側にコンタクトホールを形成するが、コンタクトホールの形成位置を考慮しているだけで、その外側は考慮されていない。したがって、エッジカット領域にポリシリコンが配置されていた場合に、その上のレジストが除去されているため、コンタクトホールの形成時にエッジカット領域の絶縁膜が除去されると、ポリシリコンが露出してしまう。特に、ウェハのうちチップとして取り出されない外縁部の不要領域を少なくするために、できるだけウェハの外縁部近傍までチップとするような場合に、ポリシリコンがウェハ外周近くまで形成されることから、露出する可能性が高くなる。そして、この問題は、ポリシリコンの形成位置とその上の絶縁膜のエッジカット領域の位置関係によって決まるため、単に特許文献１に示す技術を適用したとしても、解決できない。

【0008】

本発明は上記点に鑑みて、ポリシリコン層が用いられる場合に、パーティクルの発生を抑制できるＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＳｉＣ半導体装置の製造方法であって、
半導体素子が形成されたＳｉＣウェハ（１０）を用意することと、
ＳｉＣウェハの上にポリシリコン層（１１）を形成することと、
ポリシリコン層を覆う絶縁膜（１２）を形成することと、
絶縁膜の上にレジスト（１３）を形成したのち、該レジストをパターニングしてレジストパターンを形成することと、
レジストパターンをマスクとして絶縁膜をエッチングし、半導体素子の所望部位を開口させるコンタクトホールを形成すると共に、ＳｉＣウェハの外縁部において絶縁膜を除去してエッジカットすることで、絶縁膜をパターニングすることと、
コンタクトホール内を含めて絶縁膜の上にオーミック材料（１４）を成膜したのち、熱処理を行って、半導体素子の所望部位とオーミック材料とをオーミック接触させることと、を含み、
ポリシリコン層を形成することでは、ＳｉＣウェハの外縁部においてポリシリコン層を除去することで該ポリシリコン層のエッジカットを行い、
レジストパターンを形成することでは、レジストのうちＳｉＣウェハの外縁の部分を除去してエッジカットを行い、
絶縁膜をパターニングすることでは、エッジカットが行われたレジストによるレジストパターンをマスクとすることで、該絶縁膜のエッジカットを行い、
絶縁膜のエッジカットされた領域の幅（Ｗｂ）よりも、ポリシリコン層のエッジカットされた領域の幅（Ｗａ）の方が広くなるようにする。

【0010】

このように、絶縁膜のエッジカット領域の幅よりもポリシリコン層のエッジカット領域の幅の方が大きくなるようにしている。これにより、ＳｉＣウェハの外縁部においてポリシリコン層が露出されないようにでき、ポリシリコン層とオーミック材料の反応生成物によるパーティクルの発生を抑制することが可能となる。

【0011】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図2】比較例として示すＳｉＣ半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0014】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態で説明するＳｉＣ半導体装置の製造方法は、例えばＭＯＳＦＥＴのようなパワー半導体素子が形成されるＳｉＣ半導体装置に適用できるが、ポリシリコン層が備えられるＳｉＣ半導体装置であれば他にも適用可能である。例えば、ＳｉＣの上に絶縁膜を介してポリシリコン層を配置し、ポリシリコン層にｐ型層とｎ型層を形成してＰＮダイオードとすることで、ＰＮダイオードによる温度センシングデバイスを形成できる。このような温度センシングデバイスを備えるＳｉＣ半導体装置に対しても本発明を適用できる。なお、ここでは一例として、ＭＯＳＦＥＴを備えたＳｉＣ半導体装置を例に挙げて、本実施形態にかかるＳｉＣ半導体装置の製造方法を説明する。

【0015】

まず、図１中の素子形成工程を行う。具体的には、ＳｉＣウェハ１０を用意し、図示しないが、ＳｉＣウェハ１０に対してＭＯＳＦＥＴを構成するための各部を形成する素子形成工程を行う。例えば、ドリフト層をエピタキシャル成長させたり、イオン注入等によってベース領域やソース領域、ベース領域のコンタクト領域を形成したりするなど、ＭＯＳＦＥＴのうちＳｉＣで構成する各部を形成する。

【0016】

そして、ＭＯＳＦＥＴのうちのＳｉＣにて構成される部分を形成したＳｉＣウェハ１０の上に図示しないゲート絶縁膜を介して不純物がドープされたポリシリコン層１１を成膜する。その後、図示しないマスクをポリシリコン層１１の上に配置して異方性エッチングを行い、ポリシリコン層１１をパターニングすることでゲート電極を含むゲート配線層を形成する。このとき、ＳｉＣウェハ１０の外縁部において、ポリシリコン層１１を除去することでポリシリコン層１１のエッジカットを行っている。エッジカットの範囲については任意であるが、できるだけ多くのチップの取り出しが行えるようにしつつ、後工程でＳｉＣウェハ１０の外縁近傍でポリシリコン層１１が露出してしまわないように、エッジカット領域の幅Ｗａを所定幅としている。ここでは、ＳｉＣウェハ１０の外周端から３±０．５ｍｍの範囲でＳｉＣウェハ１０の外周を一周全周囲むようにエッジカット領域としている。

【0017】

次に、図１中の絶縁膜形成工程として、ＳｉＣウェハ１０およびパターニング後のポリシリコン層１１を覆うように酸化膜等で構成される絶縁膜１２を形成する。そして、図１中のレジスト塗布工程として、絶縁膜１２の上にレジスト１３を塗布し、さらに、レジスト１３をフォトリソグラフィ工程、つまり露光、現像などを行うことでパターニングしてレジストパターンを構成する。これにより、レジスト１３のうち絶縁膜１２に対して形成する図示しないコンタクトホールの形成予定領域を開口させることになるが、レジスト１３のうちのＳｉＣウェハ１０の外縁部と対応する部分も除去してエッジカットを行っている。このときのレジスト１３のエッジカット領域の幅Ｗｂを所定幅としているが、その幅Ｗｂよりもポリシリコン層１１のエッジカット範囲の幅Ｗａの方が大きくなるようにしている。つまり、ＳｉＣウェハ１０の表面に対する法線方向から見て、レジスト１３によってポリシリコン層１１の外縁が覆われるようにしている。この条件を満たしていれば、レジスト１３のエッジカット範囲の幅Ｗｂについては任意であるが、ここではＳｉＣウェハ１０の外周端から１．５±０．５ｍｍの範囲でＳｉＣウェハ１０の外周を一周全周囲むようにエッジカット領域としている。

【0018】

その後、図１中の絶縁膜エッチング工程として、レジストパターンをマスクとして異方性エッチングを行うことで絶縁膜１２をパターニングする。これにより、ＳｉＣウェハ１０の外縁部において絶縁膜１２が除去されてエッジカットされると共に、ＭＯＳＦＥＴのうちの所望部位、具体的にはソース領域やベース領域のコンタクト領域を開口させるコンタクトホールが形成される。

【0019】

そして、図１中のレジスト除去工程として、レジスト１３を除去した後、オーミック形成工程を行う。すなわち、図示しないコンタクトホール内を含めて絶縁膜１２を覆うように例えばＮｉなどで構成されるオーミック材料１４を成膜し、さらに熱処理を行う。これにより、オーミック材料１４とＳｉＣとの接触部がオーミック接触させられ、オーミック電極の少なくとも一部が形成される。例えば、オーミック材料１４がＳｉＣとシリサイド反応して金属シリサイドが形成され、オーミック材料１４とＳｉＣとの接触部がオーミック接触させられる。オーミック材料１４としてＮｉを用いる場合であれば、Ｎｉシリサイドが形成されることで、オーミック接触が実現される。

【0020】

この後の工程については図示していないが、Ａｌなどの電極材料の成膜工程や層間絶縁膜の成膜工程等を経て、さらにチップ単位に分割して個片化することで、ＭＯＳＦＥＴが備えられたＳｉＣ半導体装置が完成する。

【0021】

以上のようにして、ＳｉＣ半導体装置を製造することができる。ここで、本実施形態のＳｉＣ半導体装置の製造方法を適用する場合の効果について説明する。

【0022】

まず、ポリシリコン層１１のエッジカット範囲について、レジスト１３のエッジカット領域との関係を考慮せずにレジスト１３をエッジカットする場合について、図２を参照して説明する。

【0023】

このようにする場合、本実施形態と同様の工程を行うと、図２に示される状態になり、図２中のレジスト塗布工程に示されるように、レジスト１３のエッジカット領域の幅Ｗｂがポリシリコン層１１のエッジカット領域の幅Ｗａよりも大きくなり得る。特に、できるだけ多くのチップの取り出しが行えるように、ＳｉＣウェハ１０の外縁部の不要領域を少なくし、ＳｉＣウェハ１０の外縁部近傍までポリシリコン層１１を形成する場合には、このような関係になる。

【0024】

このため、絶縁膜エッチング工程として、レジストパターンをマスクとした異方性エッチングにより絶縁膜１２をパターニングしたときに、絶縁膜１２の端部よりポリシリコン層１１の端部が張り出し、ポリシリコン層１１が露出してしまう。したがって、レジスト除去工程を経てオーミック形成工程を行った場合に、露出したポリシリコン層１１とオーミック材料１４が接触してしまい、熱処理の際にこれらが反応してしまう。これにより発生した反応生成物、例えばオーミック材料１４をＮｉとする場合であればＮｉシリサイドが形成され、これがパーティクルとなって素子特性に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0025】

これに対して、本実施形態の製造方法では、上記したように、レジスト１３のエッジカット領域の幅Ｗｂよりもポリシリコン層１１のエッジカット範囲の幅Ｗａの方が大きくなるようにしている。このため、レジストパターンをマスクとして形成する絶縁膜１２のエッジカット領域の幅Ｗｂよりもポリシリコン層１１のエッジカット領域の幅Ｗａの方が大きくなり、ポリシリコン層１１の端部まで絶縁膜１２で覆われるようにできる。したがって、ＳｉＣウェハ１０の外縁部においてポリシリコン層１１が露出させられないため、ポリシリコン層１１にオーミック材料１４が接触せず、熱処理の際に反応生成物が形成されることもないため、パーティクルの発生を抑制できる。よって、パーティクルの付着による素子特性の悪化などを抑制でき、歩留まり良くＳｉＣ半導体装置を製造することが可能となる。

【0026】

以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、絶縁膜１２のエッジカット領域の幅Ｗｂよりもポリシリコン層１１のエッジカット領域の幅Ｗａの方が大きくなるようにしている。これにより、ＳｉＣウェハ１０の外縁部においてポリシリコン層１１が露出されないようにでき、ポリシリコン層１１とオーミック材料１４の反応生成物によるパーティクルの発生を抑制することが可能となる。

【0027】

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0028】

例えば、上記実施形態では、ポリシリコン層が備えられるＳｉＣ半導体装置として、ＭＯＳＦＥＴのようなパワー半導体素子や温度センシングデバイスが形成されるものを例に挙げたが、他のものでも良い。例えば、温度センシングデバイスと同様、ＳｉＣ上に絶縁膜を介して形成される外周耐圧用のツェナーダイオードをポリシリコン層にて構成する場合などにも、本発明を適用できる。

【0029】

また、上記実施形態では、ポリシリコン層１１のエッジカット領域の幅やレジスト１３のエッジカット領域の幅、つまり絶縁膜１２のエッジカット領域の幅の一例を示したが、これらは一例を挙げたに過ぎず、他の寸法であっても構わない。

【0030】

さらに、上記実施形態では、オーミック材料としてＮｉを例に挙げたが、ポリシリコン層１１と反応してパーティクルを発生させ得る他のオーミック材料、例えばチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等を使用する場合にも本発明を適用できる。

【0031】

なお、ＳｉＣウェハ１０に対してポリシリコン層１１を形成するようなＳｉＣ半導体装置の製造方法として説明したが、シリコン（Ｓｉ)ウェハに対してポリシリコン層を形成するような場合にも本発明を適用できる。

【符号の説明】

【0032】

１０ ＳｉＣウェハ
１１ ポリシリコン層
１２ 絶縁膜
１３ レジスト
１４ オーミック材料

【図1】

【図2】