半导体装置的制造方法_3

文档序号:9757056阅读:来源:国知局
g Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:RB-M0SFET)。此时,省略了图示,形成MOS栅极(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅)结构作为芯片正面侧的元件结构2,在成为半导体芯片I的侧面和背面形成成为漂移区的与半导体芯片I不同的导电型的半导体区域。
[0082]构成背面电极3a的过渡金属是存在于元素周期表的第3族元素?第11族元素之间的元素(金属)。优选地,构成背面电极3a的过渡金属是由镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)或银(Ag)构成的金属,或者含有这些金属中的一种以上作为主要成分的合金。更优选地,构成背面电极3a的过渡金属是由镍、钛、钽或钨构成的金属,或者含有这些金属中的一种以上作为主要成分的合金。其理由是因为镍、钛、钽和钨与其它过渡金属相比,材料成本低,且容易形成与半导体部的欧姆接触,所以实用性高。另外,过渡金属层的厚度是以能够充分加热过渡金属层与碳化硅基板(半导体芯片I)的界面的程度确保发热量的厚度,且优选为以不会产生热传导损耗和/或不会发生欧姆接触的形成所需要的能量不足,并能够防止因热扩散而导致的向周边的热传导的程度,过度金属层接近与碳化硅基板的界面(薄)。具体而言,过渡金属层的厚度例如优选为I Onm?200nm,更优选为20nm?I OOnm。
[0083]接下来,如图2所示,使整个碳化硅晶片(包括形成在晶片上的整个元件)(等离子体处理)暴露在氢等离子体气氛(由阴影表示的部分)4a中。由此,在背面电极3a的暴露于氢等离子体气氛4a的部分,或者背面电极3a的厚度薄的情况下整个背面电极3a,根据在氢等离子体气氛4a中的氢原子或氢自由基(H.)4(以下,统称为氢自由基4)进行吸附而成为氢分子时所释放的键能而引起发热,从而被加热。此时,虽然对整个元件表面辐照(照射)氢自由基4,但从氢自由基4得到能量而产生发热的仅是过渡金属层。因此,背面电极3a以外的构成部不发热。
[0084]利用在氢自由基4进行吸附而成为氢分子时所释放的键能产生的背面电极3a的发热向碳化硅晶片侧,即成为半导体芯片I的区域的侧面和背面的表面层传导。由此,与碳化硅晶片的背面电极3a接触的部分全面被加热,从而如图3所示,从成为半导体芯片I的区域的侧面到背面形成成为与碳化硅晶片的欧姆接触(电接触部)的硅化物层3b。在图3中示出整个背面电极3a变为硅化物层3b的情况(在图6、图9也是同样)。利用由在氢自由基4进行吸附而成为氢分子时所释放的键能产生的背面电极3a的发热引起的上升温度是能够形成与碳化硅晶片的欧姆接触的温度,例如为800°C以上,优选为1000°C以上。
[0085]在上述等离子体处理中使用的氢等离子体例如是将导入到腔内的几乎100%的纯度的氢(H2)气体减压到预定压力,利用碰撞电离而生成的微波等离子体,所述碰撞电离是通过微波产生的电场而被加速的电子与气体分子的碰撞电离。作为微波,例如优选使用能够在产业上使用的频率带,且能够生成密度高的氢等离子体的频率IGHz以上的微波,更优选使用频率2.45GHz的微波。另外,为了生成密度高的氢等离子体,例如可以使氢气减压到1Pa?10Pa的程度。以下,将通过微波形成的氢等离子体气氛简称为氢等离子体气氛。
[0086]对于上述等离子体条件,例如将生成氢等离子体气氛时的微波电力设为1000W以上,使整个碳化硅晶片暴露在氢等离子体气氛中的时间(等离子体处理时间)越短越优选。其理由是因为,在等离子体处理时间长的情况下,等离子体处理中背面电极3a的发热会热传导到整个碳化硅晶片,整个碳化硅晶片会被加热。随着过渡金属层的发热而引起的温度上升取决于氢等离子体的等离子体密度的大小和电力的大小而变高。因此,可以以在氢等离子体气氛4a中暴露的短时间内使背面电极3a接受氢自由基4的能量而发热到预定温度的方式设定氢等离子体的等离子体密度和电力。
[0087]在此,对上述的等离子体处理时的碳化硅晶片的状态进行说明。图16是表示实施方式I的半导体装置的制造方法中的等离子体处理时的碳化硅晶片的状态的截面图。如图16所示,在上述的等离子体处理时,碳化硅晶片11通过工作台51被支撑在等离子体处理装置50内。工作台51等支撑体优选为是氢自由基不根据氢等离子体而进行吸附的非过渡金属材质。其理由是因为,能够防止碳化硅晶片11的与工作台51对置的这一侧的面暴露在氢等离子体气氛中。以下,对在等离子体处理时支撑碳化硅晶片11的工作台51的结构进行说明。
[0088]图17?19是表示在实施方式I的半导体装置的制造方法中的等离子体处理时支撑碳化硅晶片的工作台的一个例子的截面图。在图17中示出用平坦的面52支撑碳化硅晶片11的工作台51。工作台51的外径优选为至少比碳化硅晶片11的外径大。其理由是要避免氢自由基绕到与碳化硅晶片11的进行等离子体处理的侧的主面相反侧的主面(与工作台51的面52接触的主面,即不照射等离子体的侧的主面)侧而导致碳化硅晶片11的不照射等离子体的侧的主面的端部被加热。
[0089]在图18中示出在支撑碳化硅晶片11的侧的面具有凹形的槽部(以下,称为凹部)53的工作台51。凹部53的直径比碳化硅晶片11的外径大。这样,凹部53使碳化硅晶片11不会向与工作台51的载置碳化硅晶片11的面平行的方向移动,因此发挥使整个碳化硅晶片11保持在工作台51上的预定的位置内的定位作用,并且具有防止氢自由基向碳化硅晶片11的不进行等离子体处理的侧的面(与工作台51接触的侧的主面)侵入的功能。
[0090]在图19中示出具有从支撑碳化硅晶片11的侧的面向外侧突出的肋部54的工作台51。肋部54的内周的直径比碳化硅晶片11的外径大。肋部54使碳化硅晶片11不向与工作台51的载置碳化硅晶片11的面平行的方向移动,所以发挥将整个碳化硅晶片11保持在工作台51上的预定的位置内的定位作用,并且具有防止氢自由基向碳化硅晶片11的不进行等离子体处理的侧的面侵入的功能。肋部54被配置成例如包围载置在工作台51上的碳化硅晶片11的周围的圆状。肋部54的配置(平面布局)可以是连续的圆状,也可以是不连续的圆状。
[0091]如以上所说明,根据实施方式1,通过使表面形成有过渡金属层(背面电极)的整个碳化硅晶片(整个元件)暴露在氢等离子体气氛中,从而过渡金属层利用在等离子体气氛中的氢自由基进行吸附而成为氢分子时释放的键能而引起发热,从而被加热,碳化硅晶片的与过渡金属层接触的部分根据该过渡金属层的发热的热传导而得到加热。由此,能够使过渡金属层硅化物化,能够形成成为欧姆接触的接触电阻低的硅化物层。另外,由于可以通过过渡金属层的发热形成欧姆接触,所以无论元件表面有无凹凸、图案,均能够仅对暴露于碳化硅晶片的过渡金属层的一部分选择性地一并加热。因此,能够提高产量。
[0092]另外,根据实施方式I,在使整个元件暴露在氢等离子体气氛中时,过渡金属层以外的各构成部不发热。因此,在例如MOS栅极结构的栅极绝缘膜附近不产生多余的热,所以能够防止栅极绝缘膜与碳化硅半导体部的界面特性劣化,能够防止元件特性劣化。另外,例如即便是由于沿深度方向贯穿碳化硅晶片的沟槽从而在沟槽底部载置半导体晶片的工作台、支撑半导体晶片的支撑基板和粘接剂露出的情况下,这些部件也不会被加热。因此,不会产生因支撑基板和粘接剂被加热而导致的不良情况。
[0093]另外,根据实施方式I,由于以能够控制性良好地仅使过渡金属层发热的方式进行加热,所以无需如激光退火那样的复杂的编程控制,也能够抑制接触电阻产生偏差,且能够抑制不相关的构成部(例如栅极绝缘膜等)被加热而引起元件特性劣化。另外,根据实施方式I,能够加热的最小面积取决于通过光刻法进行的过渡金属层的图案化技术。因此,即使在过渡金属层的表面积小于与激光的光点直径对应的面积的情况下,也能够仅加热过渡金属层。
[0094]另外,在现有的热处理中,碳在镍硅化物层的表面析出并凝聚,在碳析出并凝聚的部分会产生电极剥离等问题,但发明人确认到在本发明中,能够降低碳向镍硅化物层的表面的析出量,因而不会出现现有技术中产生的问题。其理由推测是因为如下的2个理由而引起的。第一个理由是,在本发明中,由于利用在吸附于过渡金属层的氢自由基成为氢分
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