(57)【要約】【課題】歩留まりを向上できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第２金属層形成工程と、化合物形成工程と、を有する。第２金属層形成工程においては、第１面と、第１面と反対側の第２面と、を有し、第１面の上に第１金属材料を含む第１金属層が設けられた、炭化シリコンを含む半導体層に対して、第２面の上に、第１金属材料と異なる第２金属材料を含む第２金属層を形成する。化合物形成工程においては、第２金属層に対して、レーザ光を、レーザ光の照射領域の外周同士が重なり、かつ照射領域の重なり回数が実質的に３回以下となるように、第２金属層に照射することで、第２金属材料と炭化シリコンとの化合物を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有し、前記第１面の上に第１金属材料を含む第１金属層が設けられた、炭化シリコンを含む半導体層に対して、前記第２面の上に、前記第１金属材料と異なる第２金属材料を含む第２金属層を形成する工程と、
前記第２金属層に対して、レーザ光を、前記レーザ光の照射領域の外周同士が重なり、かつ前記照射領域の重なり回数が実質的に３回以下となるように、前記第２金属層に照射することで、前記第２金属材料と前記炭化シリコンとの化合物を形成する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１金属材料の融点は、前記第２金属材料の融点よりも低い請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１金属材料は、アルミニウムであり、
前記第２金属材料は、ニッケルである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体層は、
前記第１面側に設けられた第１導電形の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第１半導体領域の第１導電形のキャリア濃度よりも高い第１導電形のキャリア濃度を有する、第１導電形の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の上に選択的に設けられた第２導電形の第３半導体領域と、
を有し、
前記第１金属層は、前記第３半導体領域と電気的に接続された請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１面の上には、ゲート絶縁層を介して前記第３半導体領域と対面するゲート電極が設けられ、
前記半導体層は、前記第３半導体領域の上に選択的に設けられた第１導電形の第４半導体領域をさらに有し、
前記第１金属層の一部は、前記ゲート電極の上に絶縁層を介して設けられ、前記第４半導体領域と電気的に接続された請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の上面および下面に電極を設けた、縦型の半導体装置がある。この半導体装置において、電極との間の接触抵抗を低減するために、熱処理により半導体材料と金属材料との化合物領域を形成する場合がある。
熱処理を用いた化合物領域の形成を行う半導体装置の製造方法においては、歩留まりの向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４９５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、歩留まりを向上できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第２金属層形成工程と、化合物形成工程と、を有する。
第２金属層形成工程においては、第１面と、第１面と反対側の第２面と、を有し、第１面の上に第１金属材料を含む第１金属層が設けられた、炭化シリコンを含む半導体層に対して、第２面の上に、第１金属材料と異なる第２金属材料を含む第２金属層を形成する。
化合物形成工程においては、第２金属層に対して、レーザ光を、レーザ光の照射領域の外周同士が重なり、かつ照射領域の重なり回数が実質的に３回以下となるように、第２金属層に照射することで、第２金属材料と炭化シリコンとの化合物を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る半導体装置の一部を表す断面図である。
【図２】実施形態に係る製造方法で用いられるレーザアニール装置の一例を表す模式図である。
【図３】実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。
【図４】実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。
【図５】実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。
【図６】レーザアニール装置のマスクの一例およびレーザ光の照射領域の一例を表す模式図である。
【図７】レーザアニール装置のマスクの一例およびレーザ光の照射領域の一例を表す模式図である。
【図８】レーザアニール装置のマスクの一例およびレーザ光の照射領域の一例を表す模式図である。
【図９】レーザアニール装置のマスクの一例およびレーザ光の照射領域の一例を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
各実施形態の説明には、ＸＹＺ直交座標系を用いる。半導体層Ｓの第１面Ｓ１に対して平行な方向であって相互に直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とし、これらＸ方向及びＹ方向の双方に対して直交する方向をＺ方向とする。
以下の説明において、ｎ＋、ｎ−及びｐ＋、ｐの表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、ｎ＋はｎ−よりもｎ形の不純物濃度が相対的に高いことを示す。また、ｐ＋はｐよりもｐ形の不純物濃度が相対的に高いことを示す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のｐ形とｎ形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
【０００８】
図１を用いて、実施形態に係る半導体装置の一例について説明する。
図１は、実施形態に係る半導体装置１００の一部を表す断面図である。
【０００９】
半導体装置１００は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。
図１に表すように、半導体装置１００は、ｎ＋形（第１導電形）のドレイン領域１（第１半導体領域）と、ｎ−形半導体領域２（第２半導体領域）と、ｐ形（第２導電形）のベース領域３（第３半導体領域）と、ｎ＋形ソース領域４（第４半導体領域）と、ｐ＋形コンタクト領域５と、ゲート電極１０と、ゲート絶縁層１１と、ドレイン電極４０と、ソース電極４５と、を有する。
【００１０】
半導体層Ｓは、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する。第２面Ｓ２は、第１面Ｓ１と反対側の面である。
第１面Ｓ１上にはソース電極４５が設けられ、第２面Ｓ２上にはドレイン電極４０が設けられている。ドレイン電極４０は、例えば、金属層４１〜４３を有する。金属層４２は、金属層４１の下に設けられ、金属層４３は、金属層４２の下に設けられている。
【００１１】
第１シリサイド領域３１は、半導体層Ｓの第２面Ｓ２側に設けられ、ドレイン電極４０の上に位置している。
ｎ＋形ドレイン領域１は、第１シリサイド領域３１の上に設けられている。ｎ＋形ドレイン領域１は、ドレイン電極４０と第１シリサイド領域３１を介して電気的に接続されている。
【００１２】
ｎ−形半導体領域２は、ｎ＋形ドレイン領域１の上に設けられている。
ｐ形ベース領域３は、ｎ−形半導体領域２の上に選択的に設けられている。ｐ形ベース領域３は、Ｘ方向において複数設けられており、Ｙ方向に延びている。
【００１３】
それぞれのｐ形ベース領域３の上には、ｎ＋形ソース領域４およびｐ＋形コンタクト領域５のそれぞれが選択的に設けられている。
第２シリサイド領域３２は、半導体層Ｓの第１面Ｓ１側に設けられ、ｎ＋形ソース領域４の一部の上およびｐ＋形コンタクト領域５の上に設けられている。
【００１４】
ゲート電極１０は、第１面Ｓ１の上に設けられている。ゲート電極１０は、Ｘ方向において複数設けられており、Ｙ方向に延びている。ゲート電極１０は、ゲート絶縁層１１を介して、ｎ−形半導体領域２の一部、ｐ形ベース領域３、およびｎ＋形ソース領域４の一部と対面している。
【００１５】
ソース電極４５は、第２シリサイド領域３２の上およびゲート電極１０の上に位置している。ソース電極４５とゲート電極１０は、絶縁層１１によって電気的に分離されている。
【００１６】
ここで、各構成要素の材料の一例について説明する。
半導体層Ｓは、炭化シリコンを含む。
第１シリサイド領域３１および第２シリサイド領域３２は、ニッケルとシリコンの化合物を含む。
ゲート電極１０は、ポリシリコンを含む。
ソース電極４５は、アルミニウムなどの金属を含む。
金属層４１は、チタン、バナジウム、またはクロムを含む。
金属層４２は、ニッケルまたはニッケル化合物を含む。
金属層４３は、金または銀を含む。
【００１７】
なお、金属層４１は、金属層４２と第１シリサイド領域３１との間の接着性を改善するために設けられる。金属層４２は、半導体装置１００を実装する際のはんだとの接着性を改善するために設けられる。金属層４３は、金属層４２の酸化を抑制するために設けられる。
【００１８】
次に、実施形態に係る製造方法で用いられるレーザアニール装置の一例について、図２を参照して説明する。
図２は、実施形態に係る製造方法で用いられるレーザアニール装置の一例を表す模式図である。
【００１９】
図２に表すように、レーザアニール装置６０は、レーザ光源６１、エキスパンダ６２、マスク６３、反射ミラー６４、ガルバノスキャナ６５、ｆθレンズ６６、およびステージ６７を有する。
【００２０】
レーザ光源６１は、固体紫外レーザ光を放射する。レーザ光源６１から放射されたレーザ光は、エキスパンダ６２によって、ビームの径が拡大され、平行光に変換される。エキスパンダ６２を通過したレーザ光は、マスク６３を通過する。このとき、レーザ光の断面形状が、マスクの形状に応じて変化する。
【００２１】
マスク６３を通過したレーザ光は、反射ミラー６４で反射され、ガルバノスキャナ６５に入射する。ガルバノスキャナ６５は、２枚の揺動可能な反射鏡を有する。ガルバノスキャナ６５により、レーザ光の進行方向が変更される。レーザ光による加熱処理を行う場合には、ガルバノスキャナ６５により、ステージ６７に載置された被処理物の表面におけるレーザ光の照射領域を変化させつつ、被処理物に対して複数回のレーザ光の照射を行うことができる。ガルバノスキャナ６５を通過したレーザ光は、ｆθレンズ６６を経て、ステージ６７の上に載置された被処理物に入射する。
【００２２】
次に、実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について、図３〜図５を用いて説明する。
図３〜図５は、実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。
【００２３】
まず、ｎ＋形半導体領域１ａの上にｎ−形半導体領域が形成された、半導体層Ｓａを用意する。半導体層Ｓａは、ｎ−形半導体領域側の第１面Ｓ１と、ｎ＋形半導体領域１ａ側の第２面Ｓ２と、を有する。この半導体層Ｓａの第１面Ｓ１にｐ形不純物をイオン注入し、ｐ形ベース領域３を形成する。
【００２４】
次に、図３（ａ）に表すように、ｐ形ベース領域３の表面にｎ形不純物およびｐ形不純物を順次イオン注入し、ｎ＋形ソース領域４およびｐ＋形コンタクト領域５を形成する。ｎ−形半導体領域のうち、ｐ形ベース領域３、ｎ＋形ソース領域４、およびｐ＋形コンタクト領域５以外の領域がｎ−形半導体領域２に相当する。
ｎ形不純物には、窒素またはリンを用いることができる。
ｐ形不純物には、ボロンまたはアルミニウムを用いることができる。
【００２５】
次に、半導体層Ｓａの第１面Ｓ１上に絶縁層１１ａを形成する。続いて、絶縁層１１ａの上にポリシリコンを含む導電層を形成する。この導電層をパターニングすることで、ゲート電極１０が形成される。
【００２６】
次に、ゲート電極１０を覆う絶縁層１１ｂを形成する。続いて、ｎ＋形ソース領域４の一部およびｐ＋形コンタクト領域５が露出するように、絶縁層１１ａおよび１１ｂをパターニングする。この工程により、図３（ｂ）に表すように、ゲート絶縁層１１が形成される。
【００２７】
次に、ｎ＋形ソース領域４、ｐ＋形コンタクト領域５、およびゲート絶縁層１１を覆う、ニッケル層を形成する。続いて、熱処理を行うことで、ニッケルと、半導体層Ｓａに含まれるシリコンと、が反応して、第２シリサイド領域３２が形成される。
【００２８】
次に、余剰なニッケル層を除去する。続いて、第２シリサイド領域３２およびゲート絶縁層１１を覆う、アルミニウム（第１金属材料）を含む第１金属層を形成する。この第１金属層をパターニングすることで、図４（ａ）に表すように、ソース電極４５が形成される。
【００２９】
次に、半導体層Ｓａの第２面Ｓ２（ｎ＋形半導体領域１ａの下面）を、ｎ＋形半導体領域１ａが所定の厚みになるまで研磨する。この工程により、ｎ＋形半導体領域１ｂが形成される。続いて、第２面Ｓ２上に、図４（ｂ）に表すように、ニッケル（第２金属材料）を含む第２金属層３１ａを形成する。
【００３０】
次に、第２金属層３１ａにレーザ光を照射して、加熱処理を行う。例えば第２金属層３１ａを６００℃以上に昇温させることで、第２金属層３１ａに含まれるニッケルと、ｎ＋形半導体領域１ｂに含まれるシリコンと、が反応し、図５（ａ）に表すように、第１シリサイド領域３１が形成される。このとき、ｎ＋形半導体領域１ｂのうち、第２金属層３１ａに含まれる金属と反応せずに残存した領域が、図１に表すｎ＋形ドレイン領域１に相当する。
【００３１】
その後、図５（ｂ）に表すように、第１シリサイド領域３１上に、チタンを含む金属層４１、ニッケルを含む金属層４２（第３金属層）、金を含む金属層４３を順次形成することで、図１に表す半導体装置１００が得られる。
【００３２】
第２金属層３１ａの加熱処理については、図２に表すレーザアニール装置６０を用いて行われる。
この点について具体的に、図６を参照しつつ説明する。
図６（ａ）は、レーザアニール装置のマスクに形成された開口の一例を表す模式図である。図６（ｂ）は、第２金属層３１ａへの照射領域の一例を表す模式図である。
なお、図６（ｂ）において、照射が２回行われる部分には点斜線を付し、照射が３回行われる部分には実線斜線を付している。
【００３３】
図６（ａ）に表す開口ＯＰが形成されたマスク６３を用いて、図６（ｂ）に表すようにレーザ光を第２金属層３１ａに複数回照射することで、加熱処理を行う。このとき、第２金属層３１ａにおいて照射領域の外周同士が重なるように、レーザ光を第２金属層３１ａに照射する。これは、レーザ光の外周におけるエネルギーが中心に比べて小さく、１回の照射では、照射領域の外周付近において、第１シリサイド領域３１の形成に必要な温度に到達しないためである。このとき、照射領域の外周同士における重なりが、実質的に３回以下となるように、レーザ光を第２金属層３１ａに複数回照射する。
【００３４】
なお、「実質的に３回以下」とは、マスク６３を通過したレーザ光が、そのまま回折せずに進行した場合に、第２金属層３１ａにおける照射領域の外周同士における重なりが３回以下であることを意味する。これは、レーザ光の第２金属層３１ａへの照射領域のうち、光が回折することで照射された領域は、他の領域に比べて温度の上昇が十分に小さいためである。
【００３５】
図６（ａ）に表すように、マスク６３には、正六角形の開口が形成されている。マスク６３を通過したレーザ光の断面形状は、実質的に正六角形となる。このレーザ光を図６（ｂ）に表すように、それぞれの角部において複数回重なるように、Ｘ方向およびＹ方向においてレーザ光を照射する。
【００３６】
ここで、本実施形態に係る製造方法の作用および効果について説明する。
本実施形態によれば、ドレイン電極４０の剥離を抑制し、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００３７】
これは、以下の理由による。
第１シリサイド領域３１を形成するために、第２金属層３１ａにレーザ光を照射して加熱する際に、第２金属層３１ａの一部には、複数回レーザ光が照射される。このとき、第２金属層３１ａが過度に加熱されると、第２金属層３１ａに含まれる第２金属材料が溶融してしまう。溶融した第２金属材料は、冷却されると固まるが、このとき、第２金属材料同士の凝集が生じる。このため、半導体層の第２面Ｓ２における面粗さが増加する。第２面Ｓ２の面粗さが増加すると、第２面Ｓ２上に形成されるドレイン電極４０が剥離しやすくなり、半導体装置の歩留まりが低下する。
【００３８】
この点について、発明者らが調査した結果、第２金属層３１ａのうち、レーザ光が４回以上照射された領域において、特に面粗さが増加していることがわかった。
例えば、第２金属層３１ａがニッケルを含み、半導体基板Ｓａが炭化シリコンを含む場合、レーザー光の照射回数が３回以下の領域では、面粗さが０．２μｍ以下である。これに対して、レーザー光の照射回数が４回以上の領域では、面粗さが１．０μｍ以上となる。
本実施形態に係る製造方法では、照射領域の重なり回数が実質的に３回以下となるように、第２金属層３１ａに対してレーザ光を照射している。このため、半導体層の第２面Ｓ２における面粗さの増加を抑制し、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である。
【００３９】
また、本実施形態に係る半導体装置１００は、第１面Ｓ１上にソース電極４５が形成され、第２面Ｓ２上にドレイン電極４０が形成された、いわゆる縦型の半導体装置である。この半導体装置を小型化する場合、半導体層のＸ−Ｙ面内の面積を小さくするとともに、半導体層の厚みを薄くすることが求められる。一方で半導体層を薄くすると、第２面Ｓ２に形成された第２金属層３１ａを加熱する際に、第１面Ｓ１に形成されたソース電極４５の温度が上昇しやすくなる。この点について、本実施形態に係る製造方法のように、レーザアニール装置を用いた加熱によれば、ソース電極４５の昇温を抑制しつつ、第２面Ｓ２の第２金属層３１ａの加熱を行うことができる。
すなわち、本実施形態に係る製造方法によれば、半導体装置の歩留まりを向上させつつ、反対の面における昇温を抑制できる。このため、縦型の半導体装置の製造において、一方の面に電極が形成され、その他方の面の加熱を行う際に、本実施形態に係る製造方法は特に有効である。
【００４０】
また、上述した課題は、ソース電極４５に含まれる第１金属材料の融点が、第１金属層３１ａに含まれる第２金属材料の融点よりも低い場合に、より顕著となる。すなわち、本実施形態に係る製造方法は、第１金属材料の融点が第２金属材料の融点よりも低い場合により有効である。
【００４１】
なお、マスク６３に形成された開口ＯＰの形状として、図６に表す形状以外に、図７〜図９に表す形状も適用可能である。
図７（ａ）、図８（ａ）、および図９（ａ）は、マスクに形成された開口の一例を表す模式図である。
図７（ｂ）、図８（ｂ）、および図９（ｂ）は、第２金属層３１ａへの照射領域の一例を表す模式図である。
【００４２】
図７（ａ）に表す例では、開口ＯＰは、互いに向かい合う辺が平行な八角形である。図７（ｂ）に表すように、照射領域の短辺同士が接するように、第２金属層３１ａにレーザ光を照射することで、照射領域の重なりを２回以下にすることができる。
【００４３】
図８(ａ)に表す例では、開口ＯＰは、四角形の互いに向かい合う１対の頂点に切欠きが形成された形状を有している。図８（ｂ）に表すように、切欠きが形成されていない頂点同士が重なるように、第２金属層３１ａにレーザ光を照射することで、照射領域の重なりを２回以下にすることができる。
【００４４】
図９（ａ）に表す例では、開口ＯＰは、円に４つの切欠きが形成された形状を有している。図９（ｂ）に表すように、切欠きが形成された部分が重なるように、第２金属層３１ａにレーザ光を照射することで、照射領域の重なりを２回以下にすることができる。
【００４５】
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、ＳＣＭ（走査型静電容量顕微鏡）を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいものとみなすことができる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、ＳＣＭを用いて確認することができる。
また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により測定することが可能である。
【００４６】
また、各実施形態で説明した各構成要素の面粗さについては、例えば、レーザー顕微鏡で測定することが可能である。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態に含まれる、例えば、ｎ＋形ドレイン領域１、ｎ−形半導体領域２、ｐ形ベース領域３、ｎ＋形ソース領域４、ｐ＋形コンタクト領域５、ゲート電極１０、ゲート絶縁層１１、ドレイン電極４０、金属層４１〜４３、ソース電極４５などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の技術から適宜選択することが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００…半導体装置  １…ｎ＋形ドレイン領域  ２…ｎ−形半導体領域  ３…ｐ形ベース領域  ４…ｎ＋形ソース領域  ５…ｐ＋形コンタクト領域  １０…ゲート電極  １１…ゲート絶縁層  ３１、３２…シリサイド領域  ４０…ドレイン電極  ４５…ソース電極  ６０…レーザアニール装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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