半导体装置及半导体装置的制造方法
半导体装置及半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体装置和半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]已经开发了这样的技术:通过蚀刻，除去形成在碳化硅(SiC)半导体基板的表面上的绝缘层的一部分，以形成开口，并使与SiC半导体基板形成欧姆接触的金属电极形成在此开口内。在公开号为2011-176183 (JP 2011-176183 A)的日本专利申请中公开的半导体装置的制造方法中，氧化硅膜(3102膜)首先形成在SiC半导体基板的表面上。接着在该氧化硅膜表面上形成抗蚀层。随后，通过使所述抗蚀层图案化，形成开口。接下来对通过该抗蚀层开口而暴露在外的区域中的氧化硅进行蚀刻。随后除去抗蚀层，在氧化硅膜和SiC半导体基板的表面上形成金属(钼)电极层。接着，在该金属电极层的表面上形成抗蚀层。随后使该抗蚀层图案化，从而仅在留作电极的部分上形成抗蚀层。接下来，通过蚀刻除去金属电极层，以仅允许受抗蚀层保护的金属电极层被留下。于是，在绝缘层开口中形成了金属电极。
[0003]在JP 2011-176183 A的制造方法中，金属电极形成在从SiC半导体基板上除去了氧化硅膜(3102膜)的整个区域。即，烧结是在金属电极与氧化硅膜彼此接触的状态下进行的。这样，在金属电极与氧化硅膜Si02i间的反应中可能生成金属氧化物。这可能增大SiC半导体基板与金属电极之间的接触电阻。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种技术，其能阻碍SiC基板与电极金属层之间的接触电阻的增大。
[0005]半导体装置的制造方法，该方法包括:在SiC半导体基板的表面上形成绝缘层；在所述绝缘层的表面上形成具有开口的抗蚀层；除去通过所述抗蚀层的所述开口而暴露的区域中的绝缘层；
在除去所述绝缘层之后，通过使作为电极材料的金属在所述SiC半导体基板的表面上和当抗蚀层形成在所述绝缘层上时在该抗蚀层的表面上沉积，形成电极金属层；在形成所述电极金属层之后，除去其上沉积有电极金属层的抗蚀层；在除去所述抗蚀层之后，通过蚀亥IJ，使形成在所述绝缘层中的开口的内壁表面与所述电极金属层之间的间隙加宽；并且在进行了所述蚀刻之后，通过加热所述SiC半导体基板与所述电极金属层，使所述电极金属层与所述SiC半导体基板之间形成欧姆接触。
[0006]根据上述方面，烧结是在所述电极金属层与绝缘层之间的间隙被加宽之后进行的。这样，阻碍了 SiC基板与电极金属层之间的接触电阻的增大。
[0007]与本发明第二方面对应的半导体装置包括:SiC半导体基板；绝缘层，其设置在所述SiC半导体基板的表面上，并具有用于使所述SiC半导体基板的一部分暴露出来的开口 ；欧姆电极层，其设置在所述绝缘层的所述开口中，并与所述SiC半导体基板的表面形成欧姆接触；碳吸附金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述欧姆电极层的表面上；以及保护性金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述碳吸附金属层的一表面上、所述欧姆电极层的一侧部表面上、所述碳吸附金属层的侧部表面上。
【附图说明】
[0008]以下将结合附图，描述本发明的示范性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，图中相似的附图标记代表相似部件，其中:
图1为用于示意性地展示本发明一个实施例的半导体装置的边缘部分的放大剖视图； 图2为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的制造方法的放大剖视图；
图3为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图4为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图5为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图6为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图7为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图8为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图9为用于展示本发明实施例的半导体装置的一般配置的剖视图。
【具体实施方式】
[0009]在本发明公开的半导体装置的制造方法中，用于形成电极金属层的步骤可包括通过使与SiC半导体基板形成欧姆接触的金属材料沉积在SiC半导体基板的表面和抗蚀层的表面上，形成欧姆电极层的步骤。所述形成电极金属层的步骤可包括在形成欧姆电极层之后，通过使保护所述欧姆电极层的金属材料沉积在欧姆电极层的一面侧上，形成保护性金属层的步骤。
[0010]在上述半导体装置的制造方法中，蚀刻步骤是在当保护性金属层形成在欧姆电极层上时进行的。这阻止了对欧姆电极层的表面(上表面)的蚀刻，从而阻止了欧姆电极层的尺寸的过度缩减。于是，能够阻止欧姆电极层与SiC半导体基板之间的接触电阻的增大。
[0011]在本发明公开的半导体的制造方法的蚀刻步骤中，在进一步蚀刻欧姆电极层的侧壁的同时，可以不蚀刻保护金属层。进一步地，烧结可以在不低于保护性金属层的熔点的温度下进行。
[0012]在半导体装置的制造方法中，位于保护性金属层下方的欧姆电极层的侧表面像被挖空的那些一样被除去了，且保护性金属层相对于欧姆电极层横向地突起。由于烧结是在这样的状态下在比保护性金属层的熔点更高的温度下进行的，因此，保护性金属层熔解并覆盖欧姆电极层。这进一步阻碍了欧姆电极层与绝缘层之间的接触。相应地，进一步阻碍了欧姆电极层上的金属氧化物的产生，从而阻碍了接触电阻的增大。在本发明中，“未被蚀亥IJ”并不意味着完全不被蚀刻，而是包括这样的情形:当多个层被蚀刻时，由于蚀刻率之差，一层相比另一层而言是难以蚀刻的。
[0013]在本发明公开的半导体装置的制造方法中，所述蚀刻可以是使用蚀刻溶液的湿法蚀刻。用于保护性金属层的蚀刻溶液的蚀刻率可以低于用于绝缘层的蚀刻溶液的蚀刻率，并低于用于欧姆电极层的蚀刻溶液的蚀刻率。
[0014]在上述半导体装置的制造方法中，对用于绝缘层、欧姆电极层和保护性金属层的蚀刻溶液的蚀刻率进行调节，从而使蚀刻步骤通过湿法蚀刻这一简单方法实现。
[0015]在本发明公开的半导体装置的制造方法中，形成电极金属层的步骤可进一步包括，在形成欧姆电极层的步骤与形成保护性金属层的步骤之间，通过将吸附碳的金属材料沉积在欧姆电极层的表面上。
[0016]在上述半导体装置的制造方法中，碳吸附金属层形成在欧姆电极层与保护性金属层之间。所述碳吸附金属层能吸附欧姆电极层与绝缘层中的硅之间的反应所生成的副产品碳(C)。于是，能够阻止SiC半导体基板与欧姆电极层之间的接触电阻的增大，该接触电阻的增大是由于SiC半导体基板与欧姆电极层之间的接触界面上的碳沉积导致的。
[0017]本发明所公开的半导体装置包括:SiC半导体基板；绝缘层，其设置在所述SiC半导体基板的表面上，并具有用于使所述SiC半导体基板的一部分暴露出来的开口 ；欧姆电极层，其设置在所述绝缘层的所述开口中，并与所述SiC半导体基板的表面形成欧姆接触；碳吸附金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述欧姆电极层的表面上；以及保护性金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述碳吸附金属层的一表面上、所述欧姆电极层的一侧部表面上、所述碳吸附金属层的侧部表面上。
[0018]在该半导体装置中，碳吸附金属层吸附碳(C)，保护性金属层防止欧姆电极金属层与绝缘层接触。这 样，实现了具有低接触电阻的欧姆电极。
[0019]以下将描述由本实施例的半导体装置的制造方法制造的半导体装置I。如图9所示，半导体装置I是垂直M0SFET。该半导体装置I包括漏极2、SiC半导体基板4、绝缘层6，7，源极10和铝汽相沉积层8。漏极2由铝等形成。漏极2与SiC半导体基板4的下表面形成欧姆接触。
[0020]SiC半导体基板4由碳化硅(SiC)材料形成。含N+型杂质的漏区14形成在SiC半导体基板4的最下层(漏极2上方的层)。含N型杂质的漂移区18形成在漏区14上。含P型杂质的基区20形成在漂移区18上。含N+型杂质的源区22选择性地形成在基区20上。
[0021]沟30 (槽)形成在SiC半导体基板4的上表面。沟30穿过源区22和基区20。沟30具有抵达漂移区18的下端，该下端的深度不抵达漏区14。由氧化硅形成的栅极绝缘膜26形成在沟30的内壁上。栅极24嵌入栅极绝缘膜26内。栅极24使用例如多晶硅。栅极24与通过栅极绝缘膜26与源区22、基区20和漂移区18。
[0022]盖绝缘层6形成在SiC半导体基板4的上表面上。该盖绝缘层6覆盖了栅极24的上表面。所述盖绝缘层6使栅极24与铝气相沉积层8绝缘。层间绝缘层7进一步形成在SiC半导体基板4的表面上。在层间绝缘层7与盖绝缘层6之间设置有间隙，源极10形成在其之间。源极10形成在夹着盖绝缘层6的两侧上。铝气相沉积层8形成在SiC半导体基板4的最上层，以覆盖盖绝缘层6、层间绝缘层7和栅极24。
[0023]以下将描述源极10的外设配置。如图1所示，源极10形成在盖绝缘层6与层间绝缘层7之间。该源极10包括欧姆电极层52、碳吸附金属层54和保护性金属层56。所述碳吸附金属层54形成在欧姆电极层52上。所述保护性金属层56形成在碳吸附金属层54的上表面和侧表面，以及欧姆电极层52的侧表面上。欧姆电极层52为位于源极10最下部位置的层(位于SiC半导体基板4上方的层)。该欧姆电极层52与SiC半导体基板4形成欧姆接触。具体地，硅化物层62形成在欧姆电极层52与SiC半导体基板4之间的界面中。对于欧姆电极层52可以使用例如选自下组的至少一种金属:镍(Ni)、钛(Ti)和铝(Al)。在本实施例中，使用了镲(Ni)。对于碳吸附金属层54可以使用例如选自下组的至少一种金属:铁(Fe)、钨(W)和钛(Ti)。在本实施例中，使用了铁(Fe)。对于保护性金属层56可以使用例如选自下组的至少一种金属:金(Au)、银(Ag)和铂(Pt)。在本实施例中，使用了金(Au)。形成保护性金属层56以覆盖堆叠有欧姆电极层52和碳吸附层54的金属层的上侧和侧部表面。在保护性金属层56与盖绝缘层6之间、以及在保护性金属层56与层间绝缘层7之间形成有间隙。
[0024]接下来将描述本实施例的半导体装置I的制造方法。除了源极10的制造方法以夕卜，其余可使用传统方法，在此省略描述。此处，将描述源极I的外周部分的制造方法。在漏区14、漂移区18、基区20、源区22、栅极24等形成在SiC半导体基板4上之后，才形成源极10，且源极10是形成在前述区域的边缘部分上的。不过，在图1到图8中没有展示那些区域。
[0025](绝缘层形成步骤)
由氧化硅(S12)构成的绝缘层5首先形成在SiC半导体基板4的表面上。该绝缘层5能够通过已知的方法形成(例如，CVD等)。绝缘层5的厚度可以设定为例如1.5 μπι。接下来，通过旋涂法等在绝缘层5的整个表面上形成抗蚀层，该抗蚀层被图案化，从而形成抗蚀掩模40 (图3)。如图3所示，抗蚀层40具有开口 41，该开口对应于所形成的栅极24的大小。(绝缘层除去步骤)。
[0026]如图4所示，接下来通过干法蚀刻，除去通过抗蚀掩膜40的开口 41暴露的区域中的绝缘层5。位于抗蚀掩膜40的开口 41中的绝缘层5被除去，从而令开口 41内的SiC半导体基板4暴露出来。图中横向方向上开口 41的宽度可以设定为例如2 μπι。如图4所示，绝缘层5的一部分被除去，从而形成盖绝缘层6和层间绝缘层7。
[0027](电极层形成步骤和欧姆电极层形成步骤)
接下来，在抗蚀掩膜40留在帽绝缘层6和层间绝缘层7上的状态中，通过溅射，镍沉积在SiC半导体基板4的表面以及抗蚀掩膜40的表面上，从而形成Ni层52 (图5)。所述Ni层52是欧姆电极层52，其通过烧结形成与SiC半导体基板4的欧姆接触，如以下所述的。Ni层52的厚度可以设定为例如50nm。
[0028](碳吸附金属层形成步骤)
接下来，通过派射，离子沉积在Ni层52的表面上，形成Fe层54 (图5)。如图5所示，Fe层54形成在Ni层52的整个表面上。因此，Fe层54形成在抗蚀掩膜40的上方。所述Fe层54通过下述的烧结而成为奥氏体，用作吸附碳(C)的碳吸附层。Fe层54的厚度可以设定为例如50nm。
[0029](保护性金属层形成步骤) 接下来，金沉积在Fe层54的表面上，以形成Au层56 (图5)。所述Au层56形成在Fe层54的整个表面上并位于抗蚀掩膜40上方。该Au层56是保护性金属层，其在下述的蚀刻步骤中保护Ni层52和Fe层54。Au层56的厚度可以设定为例如50nm。
[0030](抬起步骤)
接下来使用有机剥离剂抗来除去蚀掩膜40 (图6)。在这一点上，气相沉积在抗蚀掩膜40上的Ni层52、Fe层54和Au层56也一并被除去了。相应地，Ni层52、Fe层54和Au层56堆叠所在的金属层形成在SiC半导体基板4的表面的开口 41内的区域中。
[0031](蚀刻步骤)
接着在除去了抗蚀掩膜40的SiC半导体基板4上进行湿法蚀刻。例如可使用稀氢氟酸(DHF)作为湿法蚀刻用的蚀刻溶液。蚀刻溶液在绝缘层6，7，Ni层52和Fe层54中的蚀刻速率高，而在Au层56中的蚀刻速率低。因此，如图7所示，绝缘层6，7的开口 41中的上表面和侧表面通过湿法蚀刻被除去。绝缘层6，7的侧表面被除去了，从而增大了开口 41的宽度(绝缘层6与绝缘层7之间的间隙)。进一步地，由于Au层56的蚀刻速率低，因此Au层的形状几乎不变。同时，由于Ni层52和Fe层54的蚀刻速率高，因此与蚀刻溶液接触的Ni层52和Fe层54的侧表面被除去了。相应地，如图7所示，Au层56相对于Ni层52和Fe层54横向突起。为获取下述的用于阻碍接触电阻增大的效果，Ni层52和Fe层54的被蚀刻的侧表面的长度优选地约为Ni层52和Fe层54厚度之和的1.5倍(150 nm)。
[0032](烧结步骤)
接下来进行烧结，其中，半导体基板4由加热装置SiC进行了加热。可使用例如红外线灯RTA (快速热退火)装置(未示出)作为加热装置。所述加热装置可以是开放气氛式的。在此，烧结是在这样的温度范围中进行的:不低于Au层56的熔解温度(1065° C)且此时Fe层54成为奥氏体。加热时长例如为I分钟。如图8所示，这一烧结使得Ni层52与SiC半导体基板4发生反应，从而形成镍硅化物62 (Ni2Si)。所述镍硅化物62减少了 Ni层52与SiC半导体基板4之间的接触电阻，从而形成Ni层52与SiC半导体基板4之间的欧姆接触。
[0033]进一步地，相对于Ni层52和Fe层54的Au层56通过烧结而熔化。相应地，如图8所示，熔化的Au层56覆盖了 Ni层52和Fe层54的侧表面。在Au层56熔化之后，Au层56与盖绝缘层6之间、 以及Au层56与层间绝缘层7之间形成了间隙。
[0034]最终形成了铝气相沉积层8以覆盖栅极24、盖绝缘层6以及层间绝缘层7。通过溅射，气相沉积钛(Ti )以500nm厚度，再在其上气相沉积铝(Al)以4 μ m，从而形成铝气相沉积层8。当形成铝气相沉积层8时，得到图1的状态。
[0035]在上述半导体装置I的制造方法中，烧结是在Ni层52与绝缘层(S12) 6，7之间形成间隙的状态下进行的。换言之，由于在烧结期间Ni层52不与绝缘层6或绝缘层7接触，阻碍了金属氧化物(例如，氧化镍(N1))的生成。于是，能够阻碍Ni层52与SiC半导体基板4之间的接触电阻的增大。
[0036]进一步地，在上述半导体装置I的制造方法中，Au层56覆盖了 Fe层54的上表面。相应地，在侧部蚀刻步骤中，Ni层52从其横向侧上除去。换言之，阻碍了 Ni层52从其上表面的蚀刻。这阻碍了 Ni层52的过度蚀刻。于是，能够阻碍Ni层52与SiC半导体基板4之间的接触电阻的增大。
[0037]在上述半导体装置I的制造方法中，位于Au层56下方的Ni层52和Fe层54就像其横向侧秒被挖空一样均被除去。相应地，Au层56的端部相对于Ni层52和Fe层54的侧表面均横向地突出。Au层通过烧结步骤而熔化，从而覆盖了 Ni层52和Fe层54的侧表面。换言之，Au层覆盖了 Ni层52和Fe层54暴露在SiC半导体基板4上的一些部分的表面。相应地，Ni层52与绝缘层(S12) 6，7接触，以生成金属氧化物(例如，氧化镍)，从而能够阻碍接触电阻的增大。
[0038]进一步地，Au层56覆盖了 Ni层52和Fe层54暴露在SiC半导体基板4上的一些部分的表面。这阻碍了 Ni层52和Fe层54在烧结期间被氧化。因此，所述烧结可以在含氧环境下进行。因此，烧结设备无需包括昂贵的真空机构，从而降低了设备成本。此外，无需在烧结设备中进行吹扫以产生真空，从而使烧结所需时间得以缩短。
[0039]进一步地，当在高温下的烧结是在SiC半导体基板4与Ni层52接触的状态下进行的时，Ni层52与SiC半导体基板4中的硅(Si)反应，导致形成镍硅化物(例如，Ni2Si)。所述Ni层52与SiC半导体基板4中的硅(Si )反应，从而从SiC半导体基板4生成作为副产品的碳(C)。当该副产品碳偏析到Ni层52与SiC半导体基板4之间的界面或类似等上时，形成副产品层。该副产品层可增大SiC半导体基板4与Ni层52之间的接触电阻。
[0040]在本实施例的半导体装置I中，源极10包括Feb层54。该Feb层54在其至少一部分中具有奥氏体或马氏体。因此，从SiC半导体基板4生成的副产品碳可溶解在Feb层54中。因此，能够阻碍由于碳沉积在SiC半导体基板4与Ni层52之间的接触界面上而导致的SiC半导体基板4与Ni层52之间接触电阻的增大。
[0041]在上述实施例中，Ni层52用作欧姆电极层52。然而，钛(Ti)和铝(Al)可以用作欧姆电极层52的材料。
[0042]进一步地，在上述实施例中，保护性金属层56由Au形成，但本发明并不限于此。该保护性金属层56可以由银(Ag)或铂(Pt)形成。在这种情形中，烧结温度不低于银的熔点或铂的熔点便足矣。
[0043]进一步地，在上述实施例中，碳吸附金属层54由Fe形成，但本发明并不限于此。所述碳吸附金属层54可以由鹤(W)或钛(Ti)形成。
[0044]在上文中，详细描述本发明的具体例子。然而，这些仅是例子，而不对权利要求构成限制。权利要求中引用的技术包括上述示范的具体例子的修正和变形。此外，本发明中以及附图中描述的技术要素由其本身或以各种组合的形式提供了技术用途。并且，本发明或附图中示范的技术能同时实现多个目标，且这些中的单个目标的实现提供了技术用途。
【主权项】
1.半导体装置的制造方法，该方法包括: 在碳化硅(SiC)半导体基板(4)的表面上形成绝缘层； 在所述绝缘层的表面上形成具有开口的抗蚀层(40); 除去通过所述抗蚀层(40)的所述开口而暴露的区域中的绝缘层； 在除去所述绝缘层之后，通过使作为电极材料的金属在所述SiC半导体基板(4)的表面和当抗蚀层形成在绝缘层上时在该抗蚀层的表面上沉积，形成电极金属层； 在形成所述电极金属层之后，除去其上沉积有电极金属层的抗蚀层(40); 在除去所述抗蚀层(40)之后，通过蚀刻，使形成在所述绝缘层中的开口的内壁表面与所述电极金属层之间的间隙加宽；并且 在进行了所述蚀刻之后，通过加热所述SiC半导体基板(4)与所述电极金属层，使所述电极金属层与所述SiC半导体基板(4)之间形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，所述形成电极金属层包括: 通过使与所述SiC半导体基板(4)形成欧姆接触的金属材料沉积在所述SiC半导体基板(4)的表面和所述抗蚀层的表面上，形成欧姆电极层(52);以及 在形成所述欧姆电极层(52)之后，通过使保护所述欧姆电极层(52)的金属材料沉积在所述欧姆电极层(52 )的一面侧上，形成保护性金属层(56 )。3.根据权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其中，在所述绝缘层的蚀刻中， 进一步蚀刻所述欧姆电极层(52)的侧壁，不蚀刻所述保护性金属层(56)，并且，以不低于所述保护性金属层(56)的熔点的温度进行所述加热。4.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置的制造方法，其中，所述蚀刻是使用蚀刻溶液的湿法蚀刻，并且 其中，用于所述保护性金属层(56)的蚀刻溶液的蚀刻速率低于用于所述绝缘层的蚀刻溶液的蚀刻速率，还低于用于所述欧姆电极层的蚀刻溶液的蚀刻速率。5.根据权利要求2到4中任一项所述的半导体装置的制造方法，进一步包括:在形成所述欧姆电极层与形成所述保护性金属层之间，通过使能吸附碳的金属材料沉积在所述欧姆电极层的表面上，形成碳吸附金属层。6.半导体装置，包括: 碳化硅(SiC)半导体基板(4)； 绝缘层，其设置在所述SiC半导体基板(4)的表面上，并具有用于使所述SiC半导体基板(4)的一部分暴露出来的开口 ； 欧姆电极层(52 )，其设置在所述绝缘层的所述开口中，并与所述SiC半导体基板(4)的表面形成欧姆接触； 碳吸附金属层(54)，其设置在所述绝缘层开口中的所述欧姆电极层(52)的表面上；以及 保护性金属层(56)，其设置在所述绝缘层开口中的所述碳吸附金属层(54)的一表面上、所述欧姆电极层(52)的一侧部表面上、所述碳吸附金属层(54)的侧部表面上。
【专利摘要】半导体装置的制造方法包括：通过将金属作为技术电极材料沉积在SiC半导体基板（4）的表面上的绝缘层的开口内侧，形成电极金属层；在形成电极金属层之后，通过蚀刻绝缘层，使形成在绝缘层中的开口的内壁表面与电极金属层之间的间隙加宽；并且在蚀刻了绝缘层之后，通过加热SiC半导体基板和所述电极金属层，使所述电极金属层与所述SiC半导体基板之间形成欧姆接触。
【IPC分类】H01L21/04
【公开号】CN104885194
【申请号】CN201380040446
【发明人】藤原广和, 副岛成雅
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年9月24日
【公告号】EP2883239A2, US20150214052, WO2014060804A2, WO2014060804A3
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体装置和半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]已经开发了这样的技术:通过蚀刻，除去形成在碳化硅(SiC)半导体基板的表面上的绝缘层的一部分，以形成开口，并使与SiC半导体基板形成欧姆接触的金属电极形成在此开口内。在公开号为2011-176183 (JP 2011-176183 A)的日本专利申请中公开的半导体装置的制造方法中，氧化硅膜(3102膜)首先形成在SiC半导体基板的表面上。接着在该氧化硅膜表面上形成抗蚀层。随后，通过使所述抗蚀层图案化，形成开口。接下来对通过该抗蚀层开口而暴露在外的区域中的氧化硅进行蚀刻。随后除去抗蚀层，在氧化硅膜和SiC半导体基板的表面上形成金属(钼)电极层。接着，在该金属电极层的表面上形成抗蚀层。随后使该抗蚀层图案化，从而仅在留作电极的部分上形成抗蚀层。接下来，通过蚀刻除去金属电极层，以仅允许受抗蚀层保护的金属电极层被留下。于是，在绝缘层开口中形成了金属电极。
[0003]在JP 2011-176183 A的制造方法中，金属电极形成在从SiC半导体基板上除去了氧化硅膜(3102膜)的整个区域。即，烧结是在金属电极与氧化硅膜彼此接触的状态下进行的。这样，在金属电极与氧化硅膜Si02i间的反应中可能生成金属氧化物。这可能增大SiC半导体基板与金属电极之间的接触电阻。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种技术，其能阻碍SiC基板与电极金属层之间的接触电阻的增大。
[0005]半导体装置的制造方法，该方法包括:在SiC半导体基板的表面上形成绝缘层；在所述绝缘层的表面上形成具有开口的抗蚀层；除去通过所述抗蚀层的所述开口而暴露的区域中的绝缘层；
在除去所述绝缘层之后，通过使作为电极材料的金属在所述SiC半导体基板的表面上和当抗蚀层形成在所述绝缘层上时在该抗蚀层的表面上沉积，形成电极金属层；在形成所述电极金属层之后，除去其上沉积有电极金属层的抗蚀层；在除去所述抗蚀层之后，通过蚀亥IJ，使形成在所述绝缘层中的开口的内壁表面与所述电极金属层之间的间隙加宽；并且在进行了所述蚀刻之后，通过加热所述SiC半导体基板与所述电极金属层，使所述电极金属层与所述SiC半导体基板之间形成欧姆接触。
[0006]根据上述方面，烧结是在所述电极金属层与绝缘层之间的间隙被加宽之后进行的。这样，阻碍了 SiC基板与电极金属层之间的接触电阻的增大。
[0007]与本发明第二方面对应的半导体装置包括:SiC半导体基板；绝缘层，其设置在所述SiC半导体基板的表面上，并具有用于使所述SiC半导体基板的一部分暴露出来的开口 ；欧姆电极层，其设置在所述绝缘层的所述开口中，并与所述SiC半导体基板的表面形成欧姆接触；碳吸附金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述欧姆电极层的表面上；以及保护性金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述碳吸附金属层的一表面上、所述欧姆电极层的一侧部表面上、所述碳吸附金属层的侧部表面上。
【附图说明】
[0008]以下将结合附图，描述本发明的示范性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，图中相似的附图标记代表相似部件，其中:
图1为用于示意性地展示本发明一个实施例的半导体装置的边缘部分的放大剖视图； 图2为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的制造方法的放大剖视图；
图3为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图4为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图5为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图6为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图7为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图8为用于阐释本发明实施例的半导体装置的边缘部分的所述制造方法的放大剖视图；
图9为用于展示本发明实施例的半导体装置的一般配置的剖视图。
【具体实施方式】
[0009]在本发明公开的半导体装置的制造方法中，用于形成电极金属层的步骤可包括通过使与SiC半导体基板形成欧姆接触的金属材料沉积在SiC半导体基板的表面和抗蚀层的表面上，形成欧姆电极层的步骤。所述形成电极金属层的步骤可包括在形成欧姆电极层之后，通过使保护所述欧姆电极层的金属材料沉积在欧姆电极层的一面侧上，形成保护性金属层的步骤。
[0010]在上述半导体装置的制造方法中，蚀刻步骤是在当保护性金属层形成在欧姆电极层上时进行的。这阻止了对欧姆电极层的表面(上表面)的蚀刻，从而阻止了欧姆电极层的尺寸的过度缩减。于是，能够阻止欧姆电极层与SiC半导体基板之间的接触电阻的增大。
[0011]在本发明公开的半导体的制造方法的蚀刻步骤中，在进一步蚀刻欧姆电极层的侧壁的同时，可以不蚀刻保护金属层。进一步地，烧结可以在不低于保护性金属层的熔点的温度下进行。
[0012]在半导体装置的制造方法中，位于保护性金属层下方的欧姆电极层的侧表面像被挖空的那些一样被除去了，且保护性金属层相对于欧姆电极层横向地突起。由于烧结是在这样的状态下在比保护性金属层的熔点更高的温度下进行的，因此，保护性金属层熔解并覆盖欧姆电极层。这进一步阻碍了欧姆电极层与绝缘层之间的接触。相应地，进一步阻碍了欧姆电极层上的金属氧化物的产生，从而阻碍了接触电阻的增大。在本发明中，“未被蚀亥IJ”并不意味着完全不被蚀刻，而是包括这样的情形:当多个层被蚀刻时，由于蚀刻率之差，一层相比另一层而言是难以蚀刻的。
[0013]在本发明公开的半导体装置的制造方法中，所述蚀刻可以是使用蚀刻溶液的湿法蚀刻。用于保护性金属层的蚀刻溶液的蚀刻率可以低于用于绝缘层的蚀刻溶液的蚀刻率，并低于用于欧姆电极层的蚀刻溶液的蚀刻率。
[0014]在上述半导体装置的制造方法中，对用于绝缘层、欧姆电极层和保护性金属层的蚀刻溶液的蚀刻率进行调节，从而使蚀刻步骤通过湿法蚀刻这一简单方法实现。
[0015]在本发明公开的半导体装置的制造方法中，形成电极金属层的步骤可进一步包括，在形成欧姆电极层的步骤与形成保护性金属层的步骤之间，通过将吸附碳的金属材料沉积在欧姆电极层的表面上。
[0016]在上述半导体装置的制造方法中，碳吸附金属层形成在欧姆电极层与保护性金属层之间。所述碳吸附金属层能吸附欧姆电极层与绝缘层中的硅之间的反应所生成的副产品碳(C)。于是，能够阻止SiC半导体基板与欧姆电极层之间的接触电阻的增大，该接触电阻的增大是由于SiC半导体基板与欧姆电极层之间的接触界面上的碳沉积导致的。
[0017]本发明所公开的半导体装置包括:SiC半导体基板；绝缘层，其设置在所述SiC半导体基板的表面上，并具有用于使所述SiC半导体基板的一部分暴露出来的开口 ；欧姆电极层，其设置在所述绝缘层的所述开口中，并与所述SiC半导体基板的表面形成欧姆接触；碳吸附金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述欧姆电极层的表面上；以及保护性金属层，其设置在所述绝缘层开口中的所述碳吸附金属层的一表面上、所述欧姆电极层的一侧部表面上、所述碳吸附金属层的侧部表面上。
[0018]在该半导体装置中，碳吸附金属层吸附碳(C)，保护性金属层防止欧姆电极金属层与绝缘层接触。这 样，实现了具有低接触电阻的欧姆电极。
[0019]以下将描述由本实施例的半导体装置的制造方法制造的半导体装置I。如图9所示，半导体装置I是垂直M0SFET。该半导体装置I包括漏极2、SiC半导体基板4、绝缘层6，7，源极10和铝汽相沉积层8。漏极2由铝等形成。漏极2与SiC半导体基板4的下表面形成欧姆接触。
[0020]SiC半导体基板4由碳化硅(SiC)材料形成。含N+型杂质的漏区14形成在SiC半导体基板4的最下层(漏极2上方的层)。含N型杂质的漂移区18形成在漏区14上。含P型杂质的基区20形成在漂移区18上。含N+型杂质的源区22选择性地形成在基区20上。
[0021]沟30 (槽)形成在SiC半导体基板4的上表面。沟30穿过源区22和基区20。沟30具有抵达漂移区18的下端，该下端的深度不抵达漏区14。由氧化硅形成的栅极绝缘膜26形成在沟30的内壁上。栅极24嵌入栅极绝缘膜26内。栅极24使用例如多晶硅。栅极24与通过栅极绝缘膜26与源区22、基区20和漂移区18。
[0022]盖绝缘层6形成在SiC半导体基板4的上表面上。该盖绝缘层6覆盖了栅极24的上表面。所述盖绝缘层6使栅极24与铝气相沉积层8绝缘。层间绝缘层7进一步形成在SiC半导体基板4的表面上。在层间绝缘层7与盖绝缘层6之间设置有间隙，源极10形成在其之间。源极10形成在夹着盖绝缘层6的两侧上。铝气相沉积层8形成在SiC半导体基板4的最上层，以覆盖盖绝缘层6、层间绝缘层7和栅极24。
[0023]以下将描述源极10的外设配置。如图1所示，源极10形成在盖绝缘层6与层间绝缘层7之间。该源极10包括欧姆电极层52、碳吸附金属层54和保护性金属层56。所述碳吸附金属层54形成在欧姆电极层52上。所述保护性金属层56形成在碳吸附金属层54的上表面和侧表面，以及欧姆电极层52的侧表面上。欧姆电极层52为位于源极10最下部位置的层(位于SiC半导体基板4上方的层)。该欧姆电极层52与SiC半导体基板4形成欧姆接触。具体地，硅化物层62形成在欧姆电极层52与SiC半导体基板4之间的界面中。对于欧姆电极层52可以使用例如选自下组的至少一种金属:镍(Ni)、钛(Ti)和铝(Al)。在本实施例中，使用了镲(Ni)。对于碳吸附金属层54可以使用例如选自下组的至少一种金属:铁(Fe)、钨(W)和钛(Ti)。在本实施例中，使用了铁(Fe)。对于保护性金属层56可以使用例如选自下组的至少一种金属:金(Au)、银(Ag)和铂(Pt)。在本实施例中，使用了金(Au)。形成保护性金属层56以覆盖堆叠有欧姆电极层52和碳吸附层54的金属层的上侧和侧部表面。在保护性金属层56与盖绝缘层6之间、以及在保护性金属层56与层间绝缘层7之间形成有间隙。
[0024]接下来将描述本实施例的半导体装置I的制造方法。除了源极10的制造方法以夕卜，其余可使用传统方法，在此省略描述。此处，将描述源极I的外周部分的制造方法。在漏区14、漂移区18、基区20、源区22、栅极24等形成在SiC半导体基板4上之后，才形成源极10，且源极10是形成在前述区域的边缘部分上的。不过，在图1到图8中没有展示那些区域。
[0025](绝缘层形成步骤)
由氧化硅(S12)构成的绝缘层5首先形成在SiC半导体基板4的表面上。该绝缘层5能够通过已知的方法形成(例如，CVD等)。绝缘层5的厚度可以设定为例如1.5 μπι。接下来，通过旋涂法等在绝缘层5的整个表面上形成抗蚀层，该抗蚀层被图案化，从而形成抗蚀掩模40 (图3)。如图3所示，抗蚀层40具有开口 41，该开口对应于所形成的栅极24的大小。(绝缘层除去步骤)。
[0026]如图4所示，接下来通过干法蚀刻，除去通过抗蚀掩膜40的开口 41暴露的区域中的绝缘层5。位于抗蚀掩膜40的开口 41中的绝缘层5被除去，从而令开口 41内的SiC半导体基板4暴露出来。图中横向方向上开口 41的宽度可以设定为例如2 μπι。如图4所示，绝缘层5的一部分被除去，从而形成盖绝缘层6和层间绝缘层7。
[0027](电极层形成步骤和欧姆电极层形成步骤)
接下来，在抗蚀掩膜40留在帽绝缘层6和层间绝缘层7上的状态中，通过溅射，镍沉积在SiC半导体基板4的表面以及抗蚀掩膜40的表面上，从而形成Ni层52 (图5)。所述Ni层52是欧姆电极层52，其通过烧结形成与SiC半导体基板4的欧姆接触，如以下所述的。Ni层52的厚度可以设定为例如50nm。
[0028](碳吸附金属层形成步骤)
接下来，通过派射，离子沉积在Ni层52的表面上，形成Fe层54 (图5)。如图5所示，Fe层54形成在Ni层52的整个表面上。因此，Fe层54形成在抗蚀掩膜40的上方。所述Fe层54通过下述的烧结而成为奥氏体，用作吸附碳(C)的碳吸附层。Fe层54的厚度可以设定为例如50nm。
[0029](保护性金属层形成步骤) 接下来，金沉积在Fe层54的表面上，以形成Au层56 (图5)。所述Au层56形成在Fe层54的整个表面上并位于抗蚀掩膜40上方。该Au层56是保护性金属层，其在下述的蚀刻步骤中保护Ni层52和Fe层54。Au层56的厚度可以设定为例如50nm。
[0030](抬起步骤)
接下来使用有机剥离剂抗来除去蚀掩膜40 (图6)。在这一点上，气相沉积在抗蚀掩膜40上的Ni层52、Fe层54和Au层56也一并被除去了。相应地，Ni层52、Fe层54和Au层56堆叠所在的金属层形成在SiC半导体基板4的表面的开口 41内的区域中。
[0031](蚀刻步骤)
接着在除去了抗蚀掩膜40的SiC半导体基板4上进行湿法蚀刻。例如可使用稀氢氟酸(DHF)作为湿法蚀刻用的蚀刻溶液。蚀刻溶液在绝缘层6，7，Ni层52和Fe层54中的蚀刻速率高，而在Au层56中的蚀刻速率低。因此，如图7所示，绝缘层6，7的开口 41中的上表面和侧表面通过湿法蚀刻被除去。绝缘层6，7的侧表面被除去了，从而增大了开口 41的宽度(绝缘层6与绝缘层7之间的间隙)。进一步地，由于Au层56的蚀刻速率低，因此Au层的形状几乎不变。同时，由于Ni层52和Fe层54的蚀刻速率高，因此与蚀刻溶液接触的Ni层52和Fe层54的侧表面被除去了。相应地，如图7所示，Au层56相对于Ni层52和Fe层54横向突起。为获取下述的用于阻碍接触电阻增大的效果，Ni层52和Fe层54的被蚀刻的侧表面的长度优选地约为Ni层52和Fe层54厚度之和的1.5倍(150 nm)。
[0032](烧结步骤)
接下来进行烧结，其中，半导体基板4由加热装置SiC进行了加热。可使用例如红外线灯RTA (快速热退火)装置(未示出)作为加热装置。所述加热装置可以是开放气氛式的。在此，烧结是在这样的温度范围中进行的:不低于Au层56的熔解温度(1065° C)且此时Fe层54成为奥氏体。加热时长例如为I分钟。如图8所示，这一烧结使得Ni层52与SiC半导体基板4发生反应，从而形成镍硅化物62 (Ni2Si)。所述镍硅化物62减少了 Ni层52与SiC半导体基板4之间的接触电阻，从而形成Ni层52与SiC半导体基板4之间的欧姆接触。
[0033]进一步地，相对于Ni层52和Fe层54的Au层56通过烧结而熔化。相应地，如图8所示，熔化的Au层56覆盖了 Ni层52和Fe层54的侧表面。在Au层56熔化之后，Au层56与盖绝缘层6之间、 以及Au层56与层间绝缘层7之间形成了间隙。
[0034]最终形成了铝气相沉积层8以覆盖栅极24、盖绝缘层6以及层间绝缘层7。通过溅射，气相沉积钛(Ti )以500nm厚度，再在其上气相沉积铝(Al)以4 μ m，从而形成铝气相沉积层8。当形成铝气相沉积层8时，得到图1的状态。
[0035]在上述半导体装置I的制造方法中，烧结是在Ni层52与绝缘层(S12) 6，7之间形成间隙的状态下进行的。换言之，由于在烧结期间Ni层52不与绝缘层6或绝缘层7接触，阻碍了金属氧化物(例如，氧化镍(N1))的生成。于是，能够阻碍Ni层52与SiC半导体基板4之间的接触电阻的增大。
[0036]进一步地，在上述半导体装置I的制造方法中，Au层56覆盖了 Fe层54的上表面。相应地，在侧部蚀刻步骤中，Ni层52从其横向侧上除去。换言之，阻碍了 Ni层52从其上表面的蚀刻。这阻碍了 Ni层52的过度蚀刻。于是，能够阻碍Ni层52与SiC半导体基板4之间的接触电阻的增大。
[0037]在上述半导体装置I的制造方法中，位于Au层56下方的Ni层52和Fe层54就像其横向侧秒被挖空一样均被除去。相应地，Au层56的端部相对于Ni层52和Fe层54的侧表面均横向地突出。Au层通过烧结步骤而熔化，从而覆盖了 Ni层52和Fe层54的侧表面。换言之，Au层覆盖了 Ni层52和Fe层54暴露在SiC半导体基板4上的一些部分的表面。相应地，Ni层52与绝缘层(S12) 6，7接触，以生成金属氧化物(例如，氧化镍)，从而能够阻碍接触电阻的增大。
[0038]进一步地，Au层56覆盖了 Ni层52和Fe层54暴露在SiC半导体基板4上的一些部分的表面。这阻碍了 Ni层52和Fe层54在烧结期间被氧化。因此，所述烧结可以在含氧环境下进行。因此，烧结设备无需包括昂贵的真空机构，从而降低了设备成本。此外，无需在烧结设备中进行吹扫以产生真空，从而使烧结所需时间得以缩短。
[0039]进一步地，当在高温下的烧结是在SiC半导体基板4与Ni层52接触的状态下进行的时，Ni层52与SiC半导体基板4中的硅(Si)反应，导致形成镍硅化物(例如，Ni2Si)。所述Ni层52与SiC半导体基板4中的硅(Si )反应，从而从SiC半导体基板4生成作为副产品的碳(C)。当该副产品碳偏析到Ni层52与SiC半导体基板4之间的界面或类似等上时，形成副产品层。该副产品层可增大SiC半导体基板4与Ni层52之间的接触电阻。
[0040]在本实施例的半导体装置I中，源极10包括Feb层54。该Feb层54在其至少一部分中具有奥氏体或马氏体。因此，从SiC半导体基板4生成的副产品碳可溶解在Feb层54中。因此，能够阻碍由于碳沉积在SiC半导体基板4与Ni层52之间的接触界面上而导致的SiC半导体基板4与Ni层52之间接触电阻的增大。
[0041]在上述实施例中，Ni层52用作欧姆电极层52。然而，钛(Ti)和铝(Al)可以用作欧姆电极层52的材料。
[0042]进一步地，在上述实施例中，保护性金属层56由Au形成，但本发明并不限于此。该保护性金属层56可以由银(Ag)或铂(Pt)形成。在这种情形中，烧结温度不低于银的熔点或铂的熔点便足矣。
[0043]进一步地，在上述实施例中，碳吸附金属层54由Fe形成，但本发明并不限于此。所述碳吸附金属层54可以由鹤(W)或钛(Ti)形成。
[0044]在上文中，详细描述本发明的具体例子。然而，这些仅是例子，而不对权利要求构成限制。权利要求中引用的技术包括上述示范的具体例子的修正和变形。此外，本发明中以及附图中描述的技术要素由其本身或以各种组合的形式提供了技术用途。并且，本发明或附图中示范的技术能同时实现多个目标，且这些中的单个目标的实现提供了技术用途。
【主权项】
1.半导体装置的制造方法，该方法包括: 在碳化硅(SiC)半导体基板(4)的表面上形成绝缘层； 在所述绝缘层的表面上形成具有开口的抗蚀层(40); 除去通过所述抗蚀层(40)的所述开口而暴露的区域中的绝缘层； 在除去所述绝缘层之后，通过使作为电极材料的金属在所述SiC半导体基板(4)的表面和当抗蚀层形成在绝缘层上时在该抗蚀层的表面上沉积，形成电极金属层； 在形成所述电极金属层之后，除去其上沉积有电极金属层的抗蚀层(40); 在除去所述抗蚀层(40)之后，通过蚀刻，使形成在所述绝缘层中的开口的内壁表面与所述电极金属层之间的间隙加宽；并且 在进行了所述蚀刻之后，通过加热所述SiC半导体基板(4)与所述电极金属层，使所述电极金属层与所述SiC半导体基板(4)之间形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，所述形成电极金属层包括: 通过使与所述SiC半导体基板(4)形成欧姆接触的金属材料沉积在所述SiC半导体基板(4)的表面和所述抗蚀层的表面上，形成欧姆电极层(52);以及 在形成所述欧姆电极层(52)之后，通过使保护所述欧姆电极层(52)的金属材料沉积在所述欧姆电极层(52 )的一面侧上，形成保护性金属层(56 )。3.根据权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其中，在所述绝缘层的蚀刻中， 进一步蚀刻所述欧姆电极层(52)的侧壁，不蚀刻所述保护性金属层(56)，并且，以不低于所述保护性金属层(56)的熔点的温度进行所述加热。4.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置的制造方法，其中，所述蚀刻是使用蚀刻溶液的湿法蚀刻，并且 其中，用于所述保护性金属层(56)的蚀刻溶液的蚀刻速率低于用于所述绝缘层的蚀刻溶液的蚀刻速率，还低于用于所述欧姆电极层的蚀刻溶液的蚀刻速率。5.根据权利要求2到4中任一项所述的半导体装置的制造方法，进一步包括:在形成所述欧姆电极层与形成所述保护性金属层之间，通过使能吸附碳的金属材料沉积在所述欧姆电极层的表面上，形成碳吸附金属层。6.半导体装置，包括: 碳化硅(SiC)半导体基板(4)； 绝缘层，其设置在所述SiC半导体基板(4)的表面上，并具有用于使所述SiC半导体基板(4)的一部分暴露出来的开口 ； 欧姆电极层(52 )，其设置在所述绝缘层的所述开口中，并与所述SiC半导体基板(4)的表面形成欧姆接触； 碳吸附金属层(54)，其设置在所述绝缘层开口中的所述欧姆电极层(52)的表面上；以及 保护性金属层(56)，其设置在所述绝缘层开口中的所述碳吸附金属层(54)的一表面上、所述欧姆电极层(52)的一侧部表面上、所述碳吸附金属层(54)的侧部表面上。
【专利摘要】半导体装置的制造方法包括：通过将金属作为技术电极材料沉积在SiC半导体基板（4）的表面上的绝缘层的开口内侧，形成电极金属层；在形成电极金属层之后，通过蚀刻绝缘层，使形成在绝缘层中的开口的内壁表面与电极金属层之间的间隙加宽；并且在蚀刻了绝缘层之后，通过加热SiC半导体基板和所述电极金属层，使所述电极金属层与所述SiC半导体基板之间形成欧姆接触。
【IPC分类】H01L21/04
【公开号】CN104885194
【申请号】CN201380040446
【发明人】藤原广和, 副岛成雅
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年9月24日
【公告号】EP2883239A2, US20150214052, WO2014060804A2, WO2014060804A3
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