CN1938857A - 肖特基结合型半导体装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
在碳化硅外延层的表面形成肖特基电极的肖特基结合型半导体装置的制造方法中，在碳化硅外延层的表面形成由钼、钨、或者它们的合金形成的肖特基电极之后，通过热处理，使合金化反应在碳化硅外延层和肖特基电极之间的界面上发生，从而在该界面形成合金层，据此，在保持n因子为几乎不变的低值的状态下，控制肖特基势垒高度。
Description
技术领域
本发明涉及在碳化硅外延层的表面形成肖特基电极层的肖特基结合型半导体装置的制造方法。
背景技术
碳化硅(SiC)是一种与硅(Si)相比具有优良物性值的半导体，其带隙(band gap)约为硅的3倍，饱和漂移速度约为硅的2倍，绝缘击穿电场强度约为硅的10倍。因此，碳化硅作为电力用半导体装置的材料，被大力开发，现已出售由碳化硅形成的肖特基二极管。
该肖特基二极管由下述部分构成。即：将通过升华法等进行晶体生长的碳化硅的块状单晶，切割成圆形薄片而制得的碳化硅单晶基片；采用化学气相沉积法(CVD：Chemical Vapor Deposition)使碳化硅单晶膜在该碳化硅单晶基片的表面上生长而获得的外延层；采用真空阴极喷镀法、真空蒸镀法等形成于该外延层的表面的肖特基电极；形成于碳化硅单晶基片的内表面的欧姆性电极。镍、钛等可被用作肖特基电极的材料(专利文献1)。
在例如肖特基二极管的肖特基结合型的电力用半导体装置中，必须降低功率损耗。基于正向通电时的功率损耗与因反向电压作用时的漏电流等而造成的功率损耗之总和的肖特基二极管的功率损耗，取决于肖特基电极与碳化硅外延层结合界面上的肖特基势垒高度(SBH：Schottky Barrier Height)。
例如，可以将50％工作循环的肖特基二极管的功率损耗密度记载为1/2(VfJf+VrJr)(非专利文献1)。这里，Vr为反向电压；Jf为正向电流；Vf为正向电压；Jr为反向电流。可以用Vr和Jf评价肖特基二极管。另外，Vf和Jr取决于SBH。作为例子，设Jf为100Acm-2，Vr为4kV，若计算4H-SiC肖特基二极管的功率损耗，则在25～200℃的温度范围内，当SBH等于1.18～1.3eV时，其值为最小。
许多场合使用反向耐压约为0.6～5.0kV的肖特基二极管。而对于该反向耐压，当SBH约为0.9～1.3eV时，功率损耗为最小。但是，在使用镍或者钛形成肖特基电极的场合下，其SBH，镍时约为1.6eV，钛时约为0.8eV。因此，不能使肖特基二极管的功率损耗最小。
以下建议被提出。即：在碳化硅层上使用钛形成肖特基电极之后，在指定的温度下进行热处理，以控制SBH。但是，如果对于使用钛等形成肖特基电极的材料进行热处理，如图2所示，作为参数用来表示肖特基二极管性能的理想因子(n因子)的值增大，并且极大地偏离理想值1。
一般，通过肖特基势垒界面的电流，仅通过势垒的峰顶的场合，即仅为热扩散电流输送的场合，电流相对于电压成指数函数关系地增大。电流值用exp(eV/kT)-1(这里，e为基本电荷；V为电压；k为玻耳兹曼常数；T为温度)表示。但是，在不仅只是通过势垒的峰顶，而且由隧道效应等而通过势垒的内部的场合，电压即使很低，电流也能流通，使电流值不符合上式。因此，为使电压V与该式在形式上吻合，用V/n将其取代，电流值用exp(eV/nkT)-1表示。此n为理想因子，在仅为热扩散电流输送的理想情况下，n＝1。然而，在因各种主要原因而发生的除此之外的电流流动的实际情况下，n因子的值变得比1大。
如上所述，用钛等形成肖特基电极之后，为控制SBH，在指定的温度下进行热处理，则n因子的值将增大至远大于1，使得肖特基二极管的性能下降，例如、存在反向电压作用时漏电流变大等问题。
专利文献1：特开2000-188406号公报
非专利文献1：「IEEE Trans.Electron Devices」1993年3月，第40卷第3号，p.645～655。
非专利文献2：「IEEE Trans.Electron Devices」2002年4月，第49卷第4号，p.665～672。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术问题，其目的在于，提供一种在获得常用的、耐压约为0.6～5.0kV的肖特基二极管时，不增大n因子即可将肖特基势垒高度控制在使其功率损耗为最小的期待值的肖特基结合型半导体装置的制造方法。
本发明人发现：通过使用钼或者钨形成肖特基电极，进行热处理，则可在保持n因子为1.05以下的低值状态下，将肖特基势垒高度控制在使其功率损耗为最小的1.0～1.3eV范围内的所期待的最佳值。直至完成本发明。
本发明的肖特基结合型半导体装置的制造方法，是在碳化硅外延层的表面形成肖特基电极的肖特基结合型半导体装置的制造方法，其特征在于：
在碳化硅外延层的表面形成由钼、钨、或者它们的合金形成的肖特基电极之后，通过热处理，使合金化反应在碳化硅外延层和肖特基电极之间的界面上发生，从而在该界面形成合金层，据此，在保持n因子几乎不变的低值的状态下，控制肖特基势垒高度。
该热处理在300～1200℃，最好在400～700℃的温度下进行。据此，可以在保持n因子为1.05以下的低值状态下，将肖特基势垒高度任意控制在1.0～1.3eV(对于钼，1.1～1.3eV；对于钨，1.0～1.1eV)的范围内。
根据本发明，可以不使n因子大幅度地增大，且可将肖特基势垒高度控制在使其功率损耗为最小的范围内的期待值。
另外，因为在制造时对肖特基电极进行了预先的热处理，所以可以制得在高温环境下特性良好的、而且对于因脉冲电流等造成的发热具有高耐热性的肖特基结合型半导体装置。
附图说明
图1为说明本发明一实施例的肖特基二极管制造工序的剖视图。
图2为显示热处理温度与SBH及n因子的关系的曲线图。
图3为对用本发明的制造方法制得的肖特基二极管之正向及反向电流电压进行测试的结果的曲线图。图3(a)为正向的特性，图3(b)为反向的特性。
符号的说明
1.碳化硅单晶基片
2.碳化硅外延层
3.离子注入层
4.二氧化硅氧化膜
5.二氧化硅氧化膜
6.镍膜
7.欧姆电极
8.钼膜
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。图1(a)～(d)为说明本发明一实施例的肖特基二极管制造工序的剖视图。图1(a)中，1为碳化硅单晶基片；2为碳化硅外延层；3为离子注入层。碳化硅单晶基片1为以高浓度(5×1018cm-3)掺杂不纯物的n型4H-SiC基片，使用由切割通过升华法(改良雷利法)等使晶体生长的碳化硅块状晶体而制得的圆形薄片。
在采用改良雷利法的场合，例如，在坩锅中加入碳化硅粉末，在2200～2400℃的温度下加热使之气化，使其在籽晶的表面，以通常为0.8～1mm/h的速度沉积并整体生长。按照指定的厚度以及使所要的晶面表露的要求将得到的结晶块切割成薄片，制得碳化硅单晶基片1。
通过研磨处理等，使该碳化硅单晶基片1平滑。使用氢腐蚀、化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)等方法处理切割出来的圆形薄片表面，使其如镜面一样平滑，则可以减小向外延膜的基面位错的传播密度。
接着，采用CVD法，使碳化硅单晶膜在已作平滑加工的碳化硅单晶基片1的表面外延生长。使用丙烷等作为碳的原料气，使用硅烷等作为硅的原料气。向碳化硅单晶基片的表面上，供给由这些原料气与氢气等载气及作为掺杂气体的氮气组成的混合气体。
在这些气体的环境下，例如：在1500～1600℃、40～80Torr的条件下，使碳化硅以2～20μm/h的生长速度外延生长。据此，使具有与碳化硅单晶基片1相同晶体型(crystal type)的4H-SiC单晶阶梯型滑移生长(step flow growth)，结果形成，以2.2×1015cm-3掺杂不纯物氮气的、膜厚为30μm的碳化硅外延层2。
可以使用作为用于外延生长的具体装置的立式热壁炉(verticaltype hot wall reactor)。在立式热壁炉中，设置了用石英形成的水冷双重圆筒管。在水冷双重圆筒管的内部，设置了圆筒状的绝热材料、由石墨形成的热壁、以及用于纵向固定碳化硅单晶基片的楔形基座。在水冷双重圆筒管的外侧周围，设置了高频加热线圈。使用该高频加热线圈，通过高频感应加热该热壁。利用来自热壁的辐射热，加热固定在楔形基座上的碳化硅单晶基片。在加热碳化硅单晶基片的同时，从水冷双重圆筒管的下方供给反应气体。据此，使碳化硅在碳化硅单晶基片的表面上外延生长。
在碳化硅单晶基片1的表面上形成碳化硅外延层2膜之后，洗净该基片。接着，将基片导入热氧化炉，在1125℃的温度下，进行约1小时的氧化处理。由此在碳化硅外延层2上形成当离子注入时防止污染的、起保护膜作用的氧化膜。
接着，采用光刻法除去部分氧化膜，形成开口。使碳化硅外延层2从该开口露出。然后，从该开口离子注入作为p型不纯物的铝，形成铝离子注入层3(JTE：Junction Termination Extension)。为了缓和之后形成的肖特基电极周边的电场集中(electrical field concentration)、和提高耐压性(voltage withstanding capability)，在肖特基电极周边的位置形成该铝离子注入层3。控制铝离子注入层3中的铝离子的浓度，使其从中心向外部降低.铝离子的浓度，中心为2.2×1018cm-3，外部为3×1017cm-3。在注入铝离子之后，为了电激活铝，在1700℃的温度下进行3分钟的热处理。
接着，洗净已形成铝离子注入层的碳化硅单晶基片1。然后，在1200℃的温度下进行5小时的氧化处理，使如图1(b)所示的氧化硅氧化膜4、5在该基片的两面形成。在使用缓冲氢氟酸(bufferedhydrofluoric)去除碳化硅单晶基片1背面的氧化膜5之后，采用真空蒸镀法，在该背面堆积如图1(c)所示的、膜厚为350nm的镍膜6。接着，在1050℃的温度下进行90秒的热处理。通过该热处理，镍膜6和碳化硅单晶基片1形成如图1(d)所示的合金(硅化镍)层。该层作为欧姆电极7而发挥其功能。
在形成欧姆电极7之后，采用与以上同样的光刻法，去除所要形成肖特基电极的区域内的氧化硅氧化膜4。接着，通过喷镀法，即：在温度约为室温至50℃的温度下，使用数分钟的喷镀气体—氩气，在碳化硅外延层2的表面堆积膜厚为100nm的钼膜8(肖特基电极)。
在堆积了钼膜8之后，在规定的温度下进行热处理。优选地为在氩气或氮气等惰性气体的氛围下进行热处理。
通过该热处理，在碳化硅外延层2与肖特基电极8之间的界面上进行合金化(alloying reaction)，从而在该界面上形成数nm的合金层。通过高分辨透射式电子显微镜的反差图像(contrast image)可以确认该合金层的存在。该合金层的组份被认为是由碳化钼和硅化钼组成的合金。
通过热处理形成合金层，可以使肖特基二极管具有使用中不随温度条件等的变动而改变的稳定物性，同时还可以控制SBH，使其能够成为功率损耗为最小的范围内的期待值。即：通过在300～1200℃、优选地在400～700℃的温度范围内进行热处理，可以控制SBH，使其成为1.1～1.3eV之间的任一数值(在400～700℃的温度下为1.1～1.25eV)。此时，n因子几乎不因在上述温度范围内进行的热处理而发生改变，可以被保持为接近于1的较低的数值。
图2表示热处理温度与SBH，以及热处理温度与n因子的关系。在如图2所示的使用钼的场合，SBH由热处理前约1.1eV增大至在600℃的温度下约1.2eV，而n因子却保持为1.05以下的几乎为定值的数值。另外，图中虽未表示，在900℃的热处理温度下，SBH为1.27eV、n因子为1.05以下。本实施例中，通过600℃的温度下进行10分钟的热处理，已控制SBH，使其成为耐压4kV的场合降低功率损耗的最佳值1.2eV。
相比之下，对于至今一直使用的金属之一的钛，如图2所示，虽然可通过进行热处理而能控制SBH，但是由于n因子同时发生大幅度的变动和增大，故而当施加反向电压时漏电流由此增大等，影响了元件性能。
图3表示，对在本实施例中制得的肖特基二极管在20℃的温度下所进行的正向及反向电流电压测定的结果。图3(a)为正向特性，图3(b)为反向特性。特性正向电阻为12.2mΩcm2，特性正向电压(Vf：正向电流密度为100Acm-2的电压)为2.2V，耐压为4.4kV。如上所述，获得了具有高的耐压，同时具有非常低的特性正向电阻及特性正向电压、且功率损耗小的肖特基二极管。
下面介绍基于以上实施例制作的两个肖特基二极管的物性数值。
[肖特基二极管(1)]
SBH：1.27V
n因子：1.02
(以下为在20℃的温度下的测定值)
特性正向电阻：12.20mΩcm2
特性正向电压：2.16V
耐压：4.40V
漏电流密度：0.66mAcm-2(反向电压4.0kV)
[肖特基二极管(2)]
SBH：1.28V
n因子：1.02
(以下为在20℃的温度下的测定值)
特性正向电阻：9.07mΩcm2
特性正向电压：1.89V
耐压：4.15V
漏电流密度：0.14mAcm-2(反向电压3.5kV)
0.96mAcm-2(反向电压4.0kV)
(以下为在150℃的温度下的测定值)
特性正向电阻：29.46mΩcm2
特性正向电压：3.64V
漏电流密度：0.30mAcm-2(反向电压3.0kV)
另外，尽管肖特基二极管(2)的反向电压3.5kV下的漏电流密度0.14mAcm-2，为以上非专利文献2中所报告的5-kV Ni-4H-SiC肖特基二极管的1/100以下的值，但是特性正向电压(在25Acm-2)约为其值的一半。
此外，在150℃、正向电流100mAcm-2、反向电压3kV的条件下使肖特基二极管(2)工作时，通电状态下和断电状态下的功率损耗分别为364Wcm-2和0.9Wcm-2。如此，即使在高温环境下，断电状态下的功率损耗与通电状态下的功率损耗相比仍非常小。
因为在本发明的制造工序中，对肖特基电极预先进行了高温热处理，所以根据本发明获得的肖特基二极管，即使在高温下也能稳定地工作，即高温环境下的特性良好。例如，如上所述，即使在高温下漏电流也非常小，如可在250℃温度条件下工作。另外，即使因脉冲电流突然流经二极管而引起其发热，因为如上所述对肖特基电极预先进行了高温热处理，所以不易损伤，耐热性高。
在本实施例中，使用钼作为形成肖特基电极的材料。然而，如图2所示，使用钨也可以在保持n因子低值且不降低元件的性能的状态下，将肖特基势垒高度控制在使其功率损耗为最小的范围内的期待值。在同一图中，在热处理前的约为1.2eV的SBH减小至600℃的温度下的约1.1eV，而n因子保持为1.05以下的几乎为定值的数值。另外，图中未表示的，在700℃的热处理温度下，SBH为1.06eV、n因子为1.05以下。
在使用钨作为形成肖特基电极的材料的场合，在碳化硅外延层上堆积钨膜、形成肖特基电极后，在规定的温度下进行热处理。优选地为在氩气或氮气等惰性气体的氛围下进行热处理。通过该热处理，使合金化反应在碳化硅外延层与肖特基电极之间的界面上发生，从而在界面上形成数nm的合金层。该合金层的组分被认为是由碳化钨和硅化钨组成的合金。
在300～1200℃，优选地在400～700℃的温度范围内进行热处理，通过该热处理，使钨与碳化硅在界面上发生反应，以形成合金层。据此，可以在保持n因子为1.05以下的低值状态下，将SBH控制在使功率损耗成为最小最佳值的1.0～1.1eV(在400～700℃的温度下，1.05～1.1eV)范围内的任一数值。即使在使用钼和钨的合金形成肖特基电极的场合，也可以通过在上述温度范围内的热处理，进行同样的控制。
以上说明了本发明的优选的实施例。但是，本发明并不仅限于这些实施例，可以在不偏离其宗旨的范围内进行各种变形和变更。以下叙述其中一例。
作为碳化硅单晶基片，除了使用通过改良瑞利法整体生长的结晶块以外，还可使用通过CVD法整体生长的结晶块。
使外延膜生长的单晶基片可以是硅。如上述实施例，在使用碳化硅单晶基片作为使外延膜生长的单晶基片的场合，并不特别限定其晶体型(crystal type)，可以使用各种晶体型的碳化硅单晶基片。例如，除了在上述实施例中使用的4H-SiC(hexagonal crystal four timesperiodic type)，作为优选的晶体，其它的还有6H-SiC(hexagonal crystalsix times periodic type)、3C(cubic crystal three times periodic type)等。
在本发明中，也不特别限定碳化硅单晶基片的进行外延生长的晶面和晶体取向。作为碳化硅单晶基片的进行外延生长的晶面，例如，可列举(0001)Si面、(000-1)C面、(11-20)面、(01-10)面和(03-38)面等。
在(0001)Si面、(000-1)C面上外延生长的场合，使用沿着[01-10]方向、[11-20]方向、或者[01-10]方向和[11-20]方向之间的中间方向的偏离方向，例如使用1～12°的偏离角斜切出来的基片，通过阶梯型滑移生长技术，在该晶面上使碳化硅外延生长。
另外，关于上述内容，对于晶格方位及晶格面，个别的方位用[]，个别的面用()表示。对于负的指数，在结晶学上，在数字的上方加“-”(细线标记)表示，可是，为了方便说明书的制作，在数字的前面加负号以代替原表示。
为了缓和肖特基电极周边的电场集中，如上述本实施例，在形成离子注入层的场合，例如，也可以离子注入与SiC外延层的导电型相反的导电型的其它不纯物。
作为在SiC外延层上堆积钼或者钨的方法，除了真空阴极喷镀法，也可采用真空蒸镀法、电子束法等其它方法。
在上述实施例中，使用钼作为肖特基二极管的肖特基电极并进行了热处理，但是，除此之外，本发明也适用于，作为栅电极使用肖特基电极的MESFET等肖特基结合型半导体装置的制造。
Claims (3)
1、一种肖特基结合型半导体装置的制造方法，是在碳化硅外延层的表面形成肖特基电极的肖特基结合型半导体装置的制造方法，其特征在于，
在碳化硅外延层的表面形成由钼、钨、或者它们的合金构成的肖特基电极之后，通过热处理，使合金化反应在碳化硅外延层和肖特基电极之间的界面上发生，从而在该界面形成合金层，据此，在保持n因子为几乎不变的低值的状态下，控制肖特基势垒高度。
2、如权利要求1所述肖特基结合型半导体装置的制造方法，其特征在于，热处理温度为300～1200℃。
3、如权利要求2所述肖特基结合型半导体装置的制造方法，其特征在于，在保持n因子为1.05以下的低值的状态下，将肖特基势垒高度任意控制在1.0～1.3eV的范围内。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| US20100108976A1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Sandisk 3D Llc | Electronic devices including carbon-based films, and methods of forming such devices |
| JP2010157547A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Showa Denko Kk | 炭化珪素半導体素子の製造方法 |
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Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102124567B (zh) * | 2008-08-21 | 2013-04-03 | 昭和电工株式会社 | 半导体装置及半导体装置的制造方法 |
| US9035321B2 (en) | 2008-08-21 | 2015-05-19 | Showa Denko K.K. | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
| CN104576325A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-04-29 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种制作碳化硅sbd器件的方法及其正面保护方法 |
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