碳化硅半导体器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳化硅半导体器件以及制造该碳化硅半导体器件的方法，且更特别地涉及一种能提高互连可靠性的碳化硅半导体器件以及制造这种碳化硅半导体器件的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，为了实现诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的半导体器件的更高的击穿电压，更低的损耗，以及在高温环境下应用，越来越多地采用碳化硅作为构成半导体器件的材料。碳化硅是一种具有比硅大的带隙的宽带隙半导体，其已经常规地并广泛地用作用于半导体器件的材料。因此，通过采用碳化硅作为用于半导体器件的材料，半导体器件可具有高反向击穿电压，降低的导通电阻等等。而且，有利地，与采用硅作为其材料的半导体器件相比，采用碳化硅作为其材料的半导体器件，即使在高温环境下也具有更少退化的特性。
[0003]例如，Nikkan Kogyo Shimbun有限公司的Hiroyuki Matsunami以及另外三个人的“半导体SiC技术和应用，第二版”，2011年9月30日，？358至353(册0 I)公开了一种平面型M0SFET，其包括被布置为围绕栅电极的绝缘膜，以及源电极互连，其被设置为与绝缘膜相接触并且被电连接至n+区。
[0004]引用文献列表
[0005]非专利文献
[0006]NPD I:Nikkan Kogyo Shimbun 有限公司的 Hiroyuki Matsunami 以及另外三个人的“半导体SiC技术和应用，第二版”，2011年9月30日，p358至353
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]由碳化硅制成的MOSFET与由硅制成的MOSFET相比，能允许更大的电流流动。因此，碳化硅MOSFET的源电极互连通常设计为比硅MOSFET的源电极互连厚。例如，硅MOSFET的互连厚度约小于2 μ m，碳化娃MOSFET的互连厚度约大于或等于2 μπι。根据上述文献中公开的M0SFET，绝缘膜沿栅绝缘膜的形状形成。因此，角部形成在绝缘膜中围绕栅电极的外周角部的部分处。当厚的源电极互连沿绝缘膜的角部形成时，空腔(所谓的“空隙”)形成在绝缘膜的角部附近形成的互连的内部。如果空腔形成在互连内部，则当较大电流流过互连时，互连会断开。因此，降低了互连的可靠性(换言之，电迀移耐力)。
[0009]有鉴于上述问题提出本发明，且其目的是提供一种能提高互连可靠性的碳化硅半导体器件以及制造该碳化硅半导体器件的方法。
[0010]问题的解决方案
[0011]根据本发明的制造碳化硅半导体器件的方法包括以下步骤。准备碳化硅衬底，其具有彼此相反的第一主表面以及第二主表面，具有被设置为与第一主表面相接触的栅绝缘膜，具有被设置为与栅绝缘膜相接触的栅电极，并包括与第一主表面相接触的第一导电类型区。形成与栅电极和栅绝缘膜相接触的层间绝缘膜。形成与层间绝缘膜相接触的掩模层。通过使用所述掩模层针对所述层间绝缘膜执行第一各向同性蚀刻来形成第一凹进部，所述第一凹进部具有在所述层间绝缘膜中形成的第一内壁表面。在形成第一凹进部的所述步骤之后，通过使用所述掩模层针对所述层间绝缘膜和所述栅绝缘膜执行第一各向异性蚀刻、并且从而从所述栅绝缘膜暴露所述碳化硅衬底的所述第一导电类型区，来形成具有第二内壁表面的第二凹进部。形成与所述第一导电类型区相接触的第一电极；以及形成被布置为与所述第一内壁表面和所述第二内壁表面相接触并且被电连接至所述第一电极的互连。
[0012]根据本发明的碳化硅半导体器件，在通过执行各向同性蚀刻在层间绝缘膜中形成第一凹进部之后，通过执行各向异性蚀刻且由此从栅绝缘膜暴露第一导电类型区而形成第二凹进部。形成被布置为与第一内壁表面和第二内壁表面相接触并连接至第一电极的互连。通过各向同性蚀刻，形成第一凹进部，其具有第一内壁表面，第一内壁表面在层间绝缘膜中具有圆形。因为互连被布置为与第一内壁表面相接触，因此可抑制互连内部的空腔的形成。因此，因为在较大电流流过互连时能抑制互连的断开，因此可提高互连的可靠性。
[0013]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，形成层间绝缘膜的步骤包括通过加热层间绝缘膜而降低层间绝缘膜的上表面的级差的步骤。因此，因为互连形成在具有上表面中降低的级差的层间绝缘膜上，因此可有效抑制互连内部的空腔的产生。
[0014]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，形成层间绝缘膜的步骤包括形成与栅电极相接触但是未用杂质进行掺杂的第一绝缘膜的步骤，以及形成覆盖第一绝缘膜，具有比第一绝缘膜更低的软化点并用杂质进行了掺杂的第二绝缘膜的步骤。因此，可在低温下降低层间绝缘膜的上表面的级差。而且，因为第一绝缘膜未用杂质进行掺杂，因此诸如磷的杂质在栅绝缘膜和碳化硅衬底之间的界面处扩散，因此可抑制栅电压的阈值电压的变化。
[0015]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，形成层间绝缘膜的步骤还包括形成覆盖第二绝缘膜并由二氧化硅构成的第三绝缘膜的步骤。由二氧化硅构成的第三绝缘膜具有与互连良好的粘附性。因此，通过形成第三绝缘膜，可提高形成在第三绝缘膜上的互连的分散能力。
[0016]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，第一各向同性蚀刻是湿法蚀刻。因此，可有效形成随远离第一主表面具有更大宽度的第一凹进部。
[0017]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，第一各向异性蚀刻是干法蚀刻。因此，可有效形成沿第一主表面的法线方向具有基本上相等宽度的第二凹进部。
[0018]优选地，制造碳化硅半导体器件的上述方法还包括以下步骤。通过针对被布置在栅电极上的层间绝缘膜执行第二各向同性蚀刻而形成具有第三内壁表面的第三凹进部。在形成第三凹进部的步骤之后，通过针对层间绝缘膜执行第二各向异性蚀刻且由此从层间绝缘膜暴露栅电极而形成具有第四内壁表面的第四凹进部。在形成互连的步骤中，形成被布置为与第三内壁表面和第四内壁表面相接触并且被电连接至栅电极的互连。
[0019]因为互连形成为与通过各向同性蚀刻形成的第三凹进部的第三内壁表面相接触，因此可抑制互连内部空腔的形成。因此，当电流流过互连时，可抑制互连的断开。因此，可提高互连的可靠性。
[0020]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，互连的厚度大于或等于2 μπι且小于或等于10 μm。当互连的厚度大于或等于2 μπι时，较大的电流可流过互连。而且，当互连的厚度小于或等于10 μπι时，可提高互连的可加工性。
[0021]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，形成互连的步骤包括形成与层间绝缘膜相接触并由钛构成的第一金属层的步骤。通过形成与层间绝缘膜相接触并由钛构成的第一金属层，可提高互连针对层间绝缘膜的粘附性。
[0022]优选地，在制造碳化硅半导体器件的上述方法中，形成互连的步骤还包括形成与第一金属层相接触并由氮化钛或钨化钛构成的第二金属层的步骤。因此，在第二金属层上形成包含铝的第三金属层的情况下，可抑制栅电极中铝的侵入。
[0023]根据本发明的碳化硅半导体器件包括碳化硅衬底，栅绝缘膜，栅电极，层间绝缘膜，第一凹进部，第二凹进部，第一电极以及第一互连。碳化硅衬底具有彼此相反的第一主表面和第二主表面且包括被设置为与第一主表面相接触的第一导电类型区。栅绝缘膜与碳化硅衬底的第一主表面相接触。栅电极与栅绝缘膜相接触。层间绝缘膜与栅电极和栅绝缘膜相接触。第一凹进部形成为随远离第一主表面而具有更大的宽度，且通过层间绝缘膜形成第一内壁表面。第二凹进部与第一凹进部连接，且通过层间绝缘膜和栅绝缘膜形成第二内壁表面。第一电极被布置在第二凹进部中并与第一导电类型区相接触。第一互连被布置为与第一内壁表面以及第二内壁表面相接触并且被电连接至第一电极。
[0024]根据本发明的碳化硅半导体器件，第一凹进部形成为随远离第一主表面而具有更大宽度，且第二凹进部形成为与第一凹进部连接。互连被布置为与第一内壁表面和第二内壁表面相接触。因此，因为互连被布置为与具有随远离第一主表面而具有更大宽度的第一凹进部的第一内壁表面相接触，因此可抑制互连内部空腔的形成。因此，当电流流过互连时，可抑制互连的断开。因此，可提高互连的可靠性。
[0025]优选地，在上述碳化硅半导体器件中，围绕层间绝缘膜的上表面中的栅电极的外周角部的部分具有比栅电极的外周角部更大的圆度。因此，可有效抑制围绕栅电极的外周角部的部分和层间绝缘膜的上表面附近形成的互连内部空腔的形成。
[0026]优选地，上述碳化硅半导体器件还包括第三凹进部，第四凹进部以及第二互连。第三凹进部形成在被布置在栅电极上的层间绝缘膜中并具有形成为随远离第一主表面而具有更大宽度的第三内壁表面。第四凹进部与第三凹进部连接，且通过层间绝缘膜形成第四内壁表面。第二互连被布置为与第三内壁表面和第四内壁表面相接触并且被电连接至栅电极。因此，因为互连被布置为与具有随远离第一主表面而具有更大宽度的第三凹进部的内壁表面相接触，因此可抑制互连内部空腔的形成。因此，当较大电流流过互连时，可抑制互连的断开。因此，可提高互连的可靠性。
[0027]优选地，在上述碳化硅半导体器件中，层间绝缘膜包括与栅电极相接触并未用杂质进行掺杂的第一绝缘膜，以及覆盖第一绝缘膜，具有比第一绝缘膜更低的软化点且用杂质进行了掺杂的第二绝缘膜。因此，可在低温下抑制层间绝缘膜的上表面的级差。而且，因为第一绝缘膜未用杂质进行掺杂，因此诸如磷的杂质在栅绝缘膜和碳化硅衬底之间的界面处扩散，因此可抑制栅电压的阈值电压的变化。
[0028]优选地，在上述碳化硅半导体器件中，层间绝缘膜还包括覆盖第二绝缘膜并由二氧化硅构成的第三绝缘膜。由二氧化硅构成的第三绝缘膜具有与互连的良好粘附性。因此，可提高形成在第三绝缘膜上的互连的分散能力。
[0029]优选地，在上述碳化硅半导体器件中，第一互连的厚度大于或等于2 μ m且小于或等于10 μπι。当互连的厚度大于或等于2 μπι时，较大的电流可流过互连。而且，当互连的厚度小于或等