碳化硅半导体元件以及碳化硅半导体元件的制造方法_2

文档序号:9732212阅读:来源:国知局
[0061] 接下来,通过离子注入,在rT型碳化娃基板(rT型碳化娃外延层的表层)1形成P型阱 区2,在P型阱区2的内部形成P型接触区3和η型源区4。该离子注入在形成P型阱区2、p型接触 区3和η型源区4时,将形成了氧化娃膜等离子注入用掩模的rT型碳化娃基板1导入至离子注 入装置而进行,其中,氧化娃膜等离子注入用掩模具有分别相对应的开口部。η型的区域通 过注入憐离子或氮离子而形成。Ρ型的区域通过注入侣离子等而形成。由此,在rT型碳化娃 基板1,在离子注入用掩模的开口部形成η型或P型的区域,通过重复运个过程,形成P型阱区 2、ρ型接触区3、η型源区4。
[0062] 然后,W围绕Ρ型阱区集中的活性区的方式,形成Ρ型耐压环状部13(参考图2)。至。 形成了该Ρ型耐压环状部13的区域为止成为一个碳化娃半导体元件(M0SFET元件)的区域, 在一个rT型碳化娃基板1上排列有多个元件。
[0063] 接下来,在除去离子注入用掩模之后,在氣等惰性气氛中,在1700°C左右的溫度下 进行活性退火。接下来,在rT型碳化娃基板1表面通过热氧化使栅绝缘膜5生长,通过化学气 相沉积(CVD)法形成多晶娃膜,通过光刻工序在横跨相邻的P型阱区2的区域形成栅电极6。 也可W在P型耐压环状部13上等不需要栅绝缘膜5的部分,预先形成氧化娃膜图案。
[0064] 接下来,通过CV的去形成包括氧化娃膜的层间绝缘膜7,通过光刻工序,在η型源区4 和Ρ型接触区3上形成层间绝缘膜7的开口部。另外,层间绝缘膜7的开口部也形成于栅电极6 与栅电极6的引出电极11的接合部(未图示)。
[0065] 接下来,在层间绝缘膜7上形成红外线吸收膜8。作为用于红外线吸收膜8的材料, 优选相对于波长从0 .如m到2.5皿程度为止的近红外线具有0.5 W上的红外线放射率的材 料。例如,能够使用氮化铁、氮化钢、氮化鹤、氮化铭、碳等。
[0066] 另外,为了维持红外线吸收膜8与层间绝缘膜7的密合性,抑制红外线吸收膜产生 裂纹,能够采用层叠金属材料和金属氮化物的结构。例如,在层间绝缘膜7-侧,使用Ar作为 瓣射气体而形成铁之后,将瓣射气体变为氮与Ar的混合气体进行瓣射,由此形成氮化铁。
[0067] 红外线吸收膜8的厚度优选是能够吸收红外线的膜厚度,并且是不会由于加热而 产生裂纹等的变形的膜厚度,优选为大约lOnmW上且300nmW下。例如,在使用氮化铁作为 红外线吸收膜8的情况下,能够通过使用了铁(Ti)祀并使用了氣(Ar)和氮的混合气体的反 应瓣射法、使用了氮化铁祀的瓣射法或利用四氯化铁和氨气的CV的去等,来进行膜形成。
[0068] 红外线吸收膜8W形成在除源极接触电极部(层间绝缘膜7的开口部之中的露出η 型源区4和Ρ型接触区3的开口部)16、栅极接触电极部(层间绝缘膜7的开口部之中的形成栅 电极6与栅电极6的引出电极11的接合部的未图示的开口部)、W及用于维持运些电极间的 绝缘的间隙部W外的区域的全部或一部分的方式,而被图案化。栅电极6与栅电极6的引出 电极11的接合部形成在活性区与P型耐压环状部13的边界附近。
[0069] 在此,如图2所示,在忍片区14中,将红外线吸收膜8配置在除源极接触电极部16 (参考图1似外的活性部(P型耐压环状部13的内侧的活性区)。另外,如图3所示,也可w在 除源极接触电极部16W外的整个忍片区14配置红外线吸收膜8。除此W外,如图4所示,即使 在晶片15的外周部等不能作为元件(忍片区14)使用的部位(图中斜线的区域)使用红外线 吸收膜8,也可W对上述的rT型碳化娃基板1进行均匀加热。
[0070] 红外线吸收膜8的图案化能够通过使用了湿法刻蚀或干法刻蚀的光刻工序进行。 例如,金属氮化物膜能够通过使用了氯气和/或氣化氨四聚体(4HF)等的干法刻蚀来进行尺 寸精度良好的加工。
[0071] 另外,可W通过粗化红外线吸收膜8的表面(正面侧),来提高红外线放射率。例如, 能够在使红外线吸收膜8图案化之后,除去在红外线吸收膜8的图案化中所使用的抗蚀剂掩 模,再一次插入至干法刻蚀装置中,进行短时间刻蚀,由此在红外线吸收膜8的表面形成凹 凸。
[0072] 另外,能够通过预先使在红外线吸收膜8的下侧形成的层间绝缘膜7的表面粗化, 从而在红外线吸收膜8的表面形成凹凸。在该情况下,也能够在使层间绝缘膜7图案化之后, 除去在层间绝缘膜7的图案化中所使用的抗蚀剂掩模,再一次插入至干法刻蚀装置中,进行 短时间刻蚀,由此形成凹凸。
[0073] 返回图1进行说明,接下来,通过瓣射法等使P型接触膜成膜,在P型接触区3上通过 光刻形成P型接触图案9。作为P型接触材料,能够使用棚(B)、铜(In)等的IIIA族,但从图案 形成的容易程度考虑,优选使用A1。例如,在使用了 A1的情况下,如果厚度为5nmW上,则与 仅使用了Μ膜的情况相比,具有降低与P型区的接触电阻的效果,如果厚度为lOnmW上,贝U A1图案的尺寸更稳定,更提高了接触电阻的晶片面内均匀性。然而当A1膜超过lOOnm时,主 要产生与Ni膜的合金化,成为阻碍娃化的主要原因。
[0074] 接下来,通过瓣射法等制成50nm的Μ膜,通过光刻在覆盖η型源区4和P型接触区3 的区域形成Μ图案10。由于期望Μ膜的娃化高效形成,并且期望厚度为具有良好的通过图 案化进行的尺寸控制性,所WNi膜使用了20~lOOnm范围的厚度。
[0075] 接下来,通过RTA法在惰性气氛或减压气氛下,在大约1000°C下实施加热,使P型接 触区3和η型源区4上的Ni图案10进行Ni娃化,形成源极接触电极部16。升溫速率优选为每分 钟1°CW上,在每分钟小于1°C时,优先产生A1膜与Μ膜的合金化,成为阻碍娃化的主要原 因。另外,每秒超过25°C的升溫速率对样品具有热冲击的影响,会产生破裂等,因此难W实 现。
[0076] 接下来,W覆盖源极接触电极部16的方式,图案化形成厚度为扣m的A1的引出电极 11。引出电极11在栅电极6上也与源区分离而形成,源极和栅极独立地驱动。然后,通过在rT 型碳化娃基板1的背面形成Ti与Ni的层叠膜,作为漏电极(背面电极)12,从而形成碳化娃半 导体元件(M0SFET元件)。
[0077] 实施例
[0078] 按照上述实施方式1的碳化娃半导体元件的制造方法,制作了双重注入型M0SFET。 具体来说,首先,准备了 Wl5ym的厚度外延生长了η型渗杂浓度为2Xl〇i5cnf3的高电阻层的 rT型碳化娃基板1。接下来,形成包括厚度为1.5WI1的娃氧化膜的离子注入掩模,通过在500 °C的溫度下注入A1离子,来形成P型阱区2。将渗杂浓度设为lXl〇i 6cnf3,注入深度设为1皿。
[0079] 接下来,在P型阱区2的中央形成包括具有开口部的娃氧化膜的离子注入掩模,注 入A1离子,由此形成了p型接触区3。将渗杂浓度设为IX IQiScnf3。与此同时,在元件附近形 成了用于测定P型接触区3的接触电阻的TLM(Transmission Line Model:传输线模型)图案 区。
[0080] 接下来,将rT型碳化娃基板1插入退火炉,在Ar气氛中在1700°C下进行了五分钟的 活化处理。接下来,在P型阱区2内形成包括在P型接触区3的侧部具有开口的娃氧化膜的离 子注入掩模,通过注入憐离子形成渗杂浓度为1 X l〇i9cnf3的η型源区4。
[0081] 接下来,将rT型碳化娃基板1再次插入退火炉,在Ar气氛中在1700°C下进行五分钟 的活化处理。接下来,将rT型碳化娃基板1插入石英管内,使氧穿过纯水,在含有水蒸气的气 氛中,在1200°C下进行热氧化处理,在rT型碳化娃基板1的表面(rT型碳化娃外延层的表面) 生长成为栅绝缘膜5的娃氧化膜。将娃氧化膜的厚度设为700A。
[0082] 接下来,通过CVD法W0.5皿的厚度形成渗杂了憐的多晶娃膜,通过光刻使多晶娃 膜图案化,从而形成了栅电极6。栅电极6形成在从横跨相邻的P型阱区2的区域直到P型阱区 2的被设置在rT型碳化娃基板1与η型源区4之间的区域。
[0083] 接下来,通过CVD法皿的厚度形成PSG(Phospho;rus Silicon Glass:憐娃玻璃) 膜,通过光刻使PSG膜图案化,在覆盖栅电极6的区域,形成了层间绝缘膜7。应予说明,如上 所述,具有如下工序:形成层间绝缘膜7^用于形成层间绝缘膜7的开口部的图案化^形成 红外线吸收膜8^红外线吸收膜8的图案化。
[0084] 接下来,作为红外线吸收膜8,分别W0.化m的厚度形成了氮化铁膜、氮化钢膜、氮 化鹤膜、氮化铭膜、碳膜。在氮化物的情况下,使用烧制各个金属氮化物而成的瓣射祀,通过 Ar气而实施了瓣射。另外,碳膜也使用碳祀,并通过Ar气而实施了瓣射。作为蚀刻气体,氮化 物使用氯、碳膜使用氣化氨四聚体(4HF)来进行图案化,作为红外线吸收膜8,形成在了除源 极接触电极部16、栅极接触电极部和TLM图案区(露出于层间绝缘膜7的其他的开口部,未图 示)W外的位置。
[0085] 接下来,通过瓣射法形成厚度为15nm的A1膜,W残留在P型接触区3上和TLM图案区 上的方式,使
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