JP2000340520A

JP2000340520A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000340520A
Application number: JP11147172A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kojima; 淳小島; Yuichi Takeuchi; 有一竹内; Yoshihiro Miyoshi; 好広三好
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】金属とＳｉＣとのコンタクト部におけるコン
タクト抵抗率を低減できるようにする。また、高温熱処
理を行なわずにオーミック性が得られるようにする。【解決手段】炭化珪素からなるｎ型層３と金属膜７と
のコンタクト部分にイオン注入を行なうことにより、該
コンタクト部分においてｎ型層３の表層部に欠陥層６を
形成する。このように、イオン注入を行なうことによっ
て、ｎ型層３の表層部に欠陥層６を形成することができ
る。この欠陥層６によってコンタクト部分のエネルギー
バンドにエネルギー準位が形成される。このため、エネ
ルギー準位を介して電流が流れ、コンタクト部分の抵抗
率を低減することができる。このため、オーミック接触
とするための高温熱処理を行なわなくても低抵抗コンタ
クトを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素（以下、
ＳｉＣという）と金属とのコンタクト部において、容易
にオーミック接触が成されるようにできる半導体装置の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳｉＣは、Ｓｉに比べて絶縁破壊強度が
１桁大きいことから、パワーデバイス向けの材料として
期待されている。

【０００３】しかしながら、ＳｉＣの場合、電極を形成
する際、金属とＳｉＣとの界面のエネルギー障壁（ショ
ットキー障壁）が大きくなる。このコンタクト抵抗率は
数式１で示される。

【０００４】

【数１】

【０００５】ただし、ρ_cはコンタクト抵抗率、φ_bは
ショットキー障壁高さ、Ｎ_dはキャリア濃度を示してい
る。

【０００６】この式に示されるように、ショットキー障
壁が大きいほど、コンタクト抵抗率が高くなる。このた
め、ＳｉＣの場合、低抵抗のオーミックコンタクトを形
成することは容易でないことが判る。

【０００７】ＳｉＣでは、低温熱処理を行なうだけでは
高いショットキー障壁が存在するためオーミック性が得
られない。そのため、高温熱処理を行なうことでオーミ
ック性を得ているが、コンタクト抵抗率について言え
ば、現状では満足した値は得られていない。

【０００８】一方、ＳｉＣの場合、ｎ型とｐ型でオーミ
ック電極に適した金属材料が異なるが、仮にコンタクト
に用いる金属を同一金属とした場合、理想的にはｎ型と
ｐ型のコンタクト抵抗率は、数式２の関係を有してい
る。

【０００９】

【数２】φ_bｎ＋φ_bｐ＝Ｅ_g ただし、φ_bｎはｎ型のショットキー障壁、φ_bｐはｐ
型のショットキー障壁、Ｅ_gはバンドギャップを示して
いる。

【００１０】この式に示されるように、一方の導電型の
抵抗率の低下は、他方の導電型の抵抗率の増加をもたら
す。この影響は、バンドギャップの大きな半導体である
ほど、顕著に現れる。このため、バンドギャップの大き
い半導体では、ｎ型とｐ型とでコンタクトに用いる金属
材料を変える場合が多い。

【００１１】しかしながら、このようにｎ型とｐ型とで
異なる金属材料を使用しなければならないため、半導体
装置の製造工程が多く必要になるという問題がある。

【００１２】なお、このことは炭化珪素に限らず、バン
ドギャップの大きい半導体すべてに共通のことと言え
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
みてなされ、熱処理温度が高温度を必要としても、より
コンタクト抵抗が低減できるようにすることを第１の目
的とする。

【００１４】また、熱処理温度を比較的低温度にしても
電極のオーミック性が得られるようにすることを第２の
目的とする。

【００１５】さらに、ｎ型とｐ型ともに同一の金属材料
をコンタクト材料として用いる場合に、両方の導電型に
おいてオーミック性を得てコンタクト抵抗が低減できる
ようにすることを第３の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決すべく、
請求項１に記載の発明においては、半導体（３、１１）
と金属膜（７）とのコンタクトが取られてなる半導体装
置において、半導体と金属膜とのコンタクト部分におい
て、半導体の表層部には欠陥層（６）によるエネルギー
準位が形成されていることを特徴としている。

【００１７】このように、金属膜とのコンタクト部分に
おいて、半導体の表層部に欠陥層を形成することによ
り、欠陥層が形成された部分において、エネルギーバン
ド中にエネルギー準位が形成されるため、このエネルギ
ー準位を介して電流が流れるようにできる。これによ
り、金属とＳｉＣとのコンタクト部におけるコンタクト
抵抗を低減することができる。

【００１８】従って、請求項２に示すように、半導体の
うち、金属膜とのコンタクト部分が、ｎ型及びｐ型の双
方の導電型を含んで構成されている場合においても、コ
ンタクト抵抗を低減することができるため、いずれの導
電型の場合にも同一種類の金属膜でコンタクトを取るこ
とができる。これにより、金属膜を形成する工程の簡略
化を図ることができる。

【００１９】請求項３に記載の発明においては、半導体
（３、１１）と金属膜（７）とのコンタクト部分にイオ
ン注入を行なうことにより、該コンタクト部分における
半導体の表層部に欠陥層（６）を形成することを特徴と
している。

【００２０】このように、イオン注入を行なうことによ
って、半導体の表層部に欠陥層を形成することができ
る。なお、イオン注入は、請求項４に示すように、金属
膜を配置したあとに、金属膜上からイオン注入を行な
い、金属膜を通過させて、半導体の表層部に欠陥層
（６）を形成するようにしてもよい。

【００２１】また、請求項５に示すように、半導体のう
ち、金属膜とのコンタクト部分となる表面を露出させた
状態で、該表面をターゲットとしたスパッタリングを行
い、該半導体の表層部に欠陥層を形成することもでき
る。

【００２２】さらに、請求項６に示すように、半導体上
に金属膜を配置したのち、熱処理を施すことにより、熱
処理しない場合と比べてオーミック接触を得ることがで
きる。

【００２３】具体的には、請求項７に示すように、熱処
理工程によって、金属膜から炭化珪素に金属を拡散させ
ると共に、炭化珪素から金属膜へＳｉ原子若しくはＣ原
子を拡散させ、炭化珪素の表層部にＳｉ空孔若しくはＣ
空孔を形成することにより、欠陥層を形成する。

【００２４】請求項８に記載の発明においては、熱処理
工程を真空雰囲気若しくは不活性ガス雰囲気中で行なう
ことを特徴としている。

【００２５】このように真空雰囲気若しくは不活性ガス
雰囲気中で熱処理を行なうことにより、金属膜の酸化を
防止することができる。

【００２６】なお、請求項３乃至８のように欠陥層を形
成した場合には、請求項９に示すように、１０００℃以
下の熱処理若しくは熱処理工程を行なわないで電極を形
成することができる。これにより、高温の熱処理を避け
ることができる。すなわち、低温の熱処理によっても電
極のオーミック性が得られる。

【００２７】このように、半導体と金属膜とのコンタク
ト部分におけるコンタクト抵抗を低減できれば、請求項
１０に示すように、半導体のうち、金属膜とのコンタク
ト部分が、ｎ型及びｐ型の双方の導電型を有している場
合において、双方の導電型ともに、金属膜を同一種類の
金属で構成することができる。

【００２８】これにより、請求項２と同様の効果を得る
ことができる。

【００２９】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態に示す図中の符号との対応関係を示している。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に、本発明
の一実施形態を適用した半導体装置の製造工程を示す。
以下、図１に基づいて本実施形態の半導体装置の製造方
法について説明する。なお、半導体としてＳＩＣを例に
とって説明する。

【００３１】まず、図１（ａ）に示す工程に示すよう
に、ＳｉＣ基板１を用意する。このＳｉＣ基板１として
は、ｐ型の４Ｈ−ＳｉＣで不純物濃度が１×１０¹⁸ｃｍ
^-3のものを用いている。

【００３２】次に、所定パターンのマスク（例えば、酸
化膜）２を用いて窒素のイオン注入を行ない、ＳｉＣ基
板１の表面にｎ型層３を形成する。このときの注入濃度
を１×１０²⁰ｃｍ^-3とし、深さを０．５μｍとした。こ
の後、マスク２を除去したのち、Ａｒ雰囲気中で１５０
０℃の温度で熱処理を行ない、注入された窒素を活性化
させる。

【００３３】続いて、図１（ｂ）に示すように、酸化膜
４を蒸着したのち、フォトエッチングによって酸化膜４
にコンタクトホール５を形成する。そして、酸化膜４を
マスクとしてＡｒのイオン注入を行なう。このとき、イ
オン注入は、注入濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、加速電
圧を２５ｋｅＶとした。

【００３４】これにより、図１（ｃ）に示すように、ｎ
型層３の表層部６において結晶欠陥が生じる。以下、こ
の結晶欠陥が生じた表層部６を欠陥層という。

【００３５】次に、図１（ｄ）に示すように、金属膜７
としてＷ（タングステン）をスパッタリングによって蒸
着させる。その後、Ａｒ雰囲気中において、８００℃、
１０分間の熱処理を行なった。

【００３６】このように、Ａｒをイオン注入して形成し
たＴＬＭ素子を用いて電流−電圧特性を測定した結果を
図７に示す。また、参考として、Ａｒをイオン注入して
いない場合のＴＬＭ素子を用いて電流−電圧特性を測定
した結果を図７中に示す。

【００３７】この図に示されるように、本実施形態のよ
うにＡｒをイオン注入した場合においてはオーミック特
性を示したが、Ａｒをイオン注入していない場合にはオ
ーミック特性を示さなかった。

【００３８】この現象は、図２に示すエネルギーバンド
図を基に説明される。図２（ａ）は本実施形態のように
Ａｒをイオン注入して欠陥層６を形成した場合を示して
おり、図２（ｂ）は欠陥層６を形成していない場合を示
している。なお、図２中の矢印は電子電流の流れを示し
ている。

【００３９】一般的に、金属膜とｎ型層３との接触部に
おいては、大きなショットキー障壁が存在するため、図
２（ｂ）に示すように、このショットキー障壁によって
電流の流れが阻まれ、コンタクト抵抗が増加する。

【００４０】このショットキー障壁については、コンタ
クト材料として使用される金属によって一義的に決定さ
れる物性値であるため、材料決定後はショットキー障壁
を小さくすることはできない。

【００４１】しかしながら、本実施形態のように欠陥層
６を形成した場合には、図３（ａ）に示すように、結晶
欠陥の部分においてドナーやアクセプタ以外にエネルギ
ー準位が形成され、この準位を介する電流量が増大する
ので、ショットキー障壁が大きくても、コンタクト抵抗
率を低減することができるのである。

【００４２】このように、金属とコンタクトが取られる
ｎ型層３の表面にイオン注入を行なうことにより、ｎ型
層３の表層部に欠陥層６を形成し、この欠陥層６をコン
タクト部として金属とｎ型層３とがオーミック接触させ
ることができる。

【００４３】そして、このようにエネルギーギャップ中
にエネルギー準位を形成することにより、電極形成時の
熱処理温度を従来よりも低温（例えば１０００℃以下）
としても、充分なオーミック性を得ることができる。

【００４４】また、本実施形態においては、ｎ型層３と
金属膜とのコンタクトについて説明しているが、ｐ型層
であっても同様であり、エネルギーギャップ中にエネル
ギー準位が形成されることにより、ｐ型層と金属膜との
コンタクト抵抗率を低減することができる。

【００４５】従って、図３に示すように、ｎ型層３とｐ
型層１１の双方にコンタクトが必要とされる半導体装置
において、ｎ型層３及びｐ型層１１ともに同じ金属材料
をコンタクト用の金属膜７として用いることができるた
め、電極形成工程を共通化でき、工程の簡略化を図るこ
とができる。

【００４６】なお、ｎ型層３とｐ型層の双方にコンタク
トが必要とされる半導体装置としては、例えばＮチャネ
ルタイプの縦型ＭＯＳトランジスタ等があり、このよう
な半導体装置の場合には、ｎ⁺型ソース領域とｐ^-型ベ
ース層との双方にコンタクトが必要とされる。

【００４７】（第２実施形態）本実施形態における半導
体装置の製造工程を図４に示す。なお、本実施形態にお
ける半導体装置の製造方法は、第１実施形態とほぼ同様
であるため、異なる部分についてのみ説明する。

【００４８】第１実施形態では、Ａｒのイオン注入を行
なった後に金属膜７を形成したが、本実施形態では、金
属膜７を形成した後に、Ａｒのイオン注入を行なうよう
にする。

【００４９】すなわち、まず、図４（ａ）に示すよう
に、酸化膜４にコンタクトホール５を形成したのち、コ
ンタクトホール５を介してｎ型層３の表面に金属膜７を
スパッタリングによって形成する。

【００５０】その後、図４（ｂ）に示すように、金属膜
７の表面に向かって、Ａｒをイオン注入する。これによ
り、金属膜７を通過して、ｎ型層３の表層部にＡｒが注
入され、欠陥層６が形成される。

【００５１】このように、金属膜７を形成したあとにイ
オン注入を行ない、欠陥層６を形成しても第１実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【００５２】（第３実施形態）本実施形態における半導
体装置の製造工程を図５に示す。なお、本実施形態にお
ける半導体装置の製造方法は、第１実施形態とほぼ同様
であるため、異なる部分についてのみ説明する。

【００５３】第１実施形態では、Ａｒのイオン注入を行
なうことによって欠陥層６を形成したが、本実施形態で
は、第１実施形態と異なる方法によって欠陥層６を形成
する。

【００５４】まず、図５（ａ）に示すように、酸化膜４
にコンタクトホール５を形成したのち、ｎ型層３の表層
部をターゲットとしてスパッタリングを行なう。このス
パッタリングによってイオンが衝突したｎ型層３の表層
部に欠陥層６が形成される。この後、第１実施形態と同
様に金属膜７を形成すると、図６（ｂ）に示すように、
金属膜７とｎ型層３とのコンタクト部に欠陥層６が形成
された半導体装置が完成する。

【００５５】このように、スパッタリングによってコン
タクト部の表層部に欠陥層６を形成しても、第１実施形
態と同様の効果を得ることができる。

【００５６】（第４実施形態）本実施形態における半導
体装置の製造工程を図６に示す。なお、本実施形態にお
ける半導体装置の製造方法は、第１実施形態とほぼ同様
であるため、異なる部分についてのみ説明する。

【００５７】第１実施形態では、Ａｒのイオン注入を行
なうことによって欠陥層６を形成し、コンタクト部にお
けるエネルギーバンド中にエネルギー準位を形成した
が、本実施形態では、第１実施形態と異なる方法によっ
てさらにエネルギー準位を形成する方法を示す。

【００５８】まず、図６（ａ）に示すように、酸化膜４
にコンタクトホール５を形成したのち、Ａｒのイオン注
入のあとコンタクトホール５を介してｎ型層３の表面に
金属膜７をスパッタリングによって蒸着させる。

【００５９】この後、真空雰囲気中若しくは不活性ガス
雰囲気中で熱処理を施すことにより、図６（ｂ）の矢印
で示されるように、金属膜７からｎ型層３内に金属を拡
散させると共に、金属膜７中にＳｉ若しくはＣ原子を拡
散させる。これにより、格子間原子や置換型原子が形成
され、コンタクト部におけるエネルギーバンド中にエネ
ルギー準位を形成することができる。具体的には、金属
膜７中にＳｉ若しくはＣ原子が拡散されたことにより、
エネルギー準位を形成する欠陥として、ＳｉＣ中にＳｉ
空孔及びＣ空孔が形成される。

【００６０】このように、熱処理によって金属膜７から
ＳｉＣ内に金属を拡散させることによって、コンタクト
部におけるエネルギーバンド中にエネルギー準位を形成
することができ、ｎ型層３と金属膜７とのコンタクト抵
抗率を低減することができる。

【００６１】本実施形態では、ｎ型層３と金属膜７との
コンタクトについて説明したが、ｐ型層１１（図３参
照）であっても同様であり、エネルギーバンド中にエネ
ルギー準位が形成されることにより、ｐ型層１１と金属
膜７とのコンタクト抵抗率を低減することができる。

【００６２】従って、ｎ型層３及びｐ型層１１ともに同
じ金属材料をコンタクト用の金属として用いる場合にお
いても、コンタクト抵抗率の低減を図ることができる。

【００６３】また、真空雰囲気中若しくは不活性ガス雰
囲気中で熱処理を施しているため、金属膜７の酸化を防
止することができる。

【００６４】（他の実施形態）上記実施形態では、金属
膜７を配置したのち熱処理を施すようにしているが、金
属膜７を蒸着しながら熱処理を施してもよい。また、イ
オン注入を行ないながら金属膜７の蒸着を行なってもよ
いし、さらに、イオン注入を行ないながら金属膜７を蒸
着する際に熱処理を施すようにしてもよい。

【００６５】以上、ＳｉＣを例にとって説明したが、本
発明が有効と考えられる半導体としては、いわゆるワイ
ドギャップ半導体と呼ばれるもので、例えば、ダイヤモ
ンド、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、
ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴ
ｅ、ＨｇＳ、ＢＰ、ＢＡｓなどに適用可能であり、特
に、バンドギャップが２．０ｅＶ以上のものに有効と言
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における半導体装置の製
造工程を示す図である。

【図２】図１に示す半導体装置のエネルギーバンドを示
す図である。

【図３】本発明をｎ型層３及びｐ型層４を共に備えた半
導体装置に適用した場合を示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態における半導体装置の製
造工程を示す図である。

【図５】本発明の第３実施形態における半導体装置の製
造工程を示す図である。

【図６】本発明の第４実施形態における半導体装置の製
造工程を示す図である。

【図７】ＴＬＭ素子を用いて電流−電圧特性を測定した
結果を示す図である。

【符号の説明】

１…ｐ型基板、２…マスク、３…ｎ型層、４…酸化膜、
５…コンタクトホール、６…欠陥層、７…金属膜、１１
…ｐ型層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三好好広愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 4M104 AA03 AA04 AA05 AA06 AA10 BB18 CC01 DD22 DD26 DD37 DD79 DD82 GG09 HH15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体（３、１１）と金属膜（７）との
コンタクトが取られてなる半導体装置において、前記半導体と前記金属膜とのコンタクト部分において、
前記半導体の表層部には欠陥層（６）によるエネルギー
準位が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記半導体のうち、前記金属膜とのコン
タクト部分は、ｎ型及びｐ型の双方の導電型を含んで構
成されており、これら双方の導電型とのコンタクト部分
いずれの場合にも前記金属膜が同一種類の金属で構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項３】半導体（３、１１）と金属膜（７）との
コンタクトが取られる半導体装置の製造方法において、前記半導体と前記金属膜とのコンタクト部分にイオン注
入を行なうことにより、該コンタクト部分における前記
半導体の表層部に欠陥層（６）を形成する工程と、前記欠陥層上に前記金属膜を配置する工程と、を含んで
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】半導体（３、１１）と金属膜（７）との
コンタクトが取られる半導体装置の製造方法において、前記半導体の表面に前記金属膜を配置する工程と、前記金属膜上からイオン注入を行ない、前記金属膜を通
過させて、前記半導体の表層部に欠陥層（６）を形成す
る工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項５】半導体（３、１１）と金属膜とのコンタ
クトが取られる半導体装置の製造方法において、前記半導体のうち、前記金属膜とのコンタクト部分とな
る表面を露出させた状態で、該表面をターゲットとした
スパッタリングを行い、該半導体の表層部に欠陥層
（６）を形成する工程と、前記欠陥層上に金属膜を形成する工程と、を含んでいる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記金属膜を配置した後、熱処理を施す
ことにより、前記半導体のうち、前記金属膜とのコンタ
クト部分となる表層部に欠陥層（６）を形成する工程、
を含んでいることを特徴とする請求項３乃至５のいずれ
か１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記半導体は炭化珪素からなり、前記熱
処理工程は、前記金属膜から前記炭化珪素に金属を拡散
させると共に、前記半導体から前記金属膜へＳｉ原子若
しくはＣ原子を拡散させ、前記炭化珪素の表層部にＳｉ
空孔若しくはＣ空孔を形成することにより、前記欠陥層
を形成する工程であることを特徴とする請求項６に記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記熱処理工程を真空雰囲気若しくは不
活性ガス雰囲気中で行なうことを特徴とする請求項６又
は７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記金属膜を配置する工程では、１００
０℃以下の熱処理若しくは熱処理工程を行なわないで前
記金属膜を配置することを特徴とする請求項３乃至８の
いずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記半導体のうち、前記金属膜とのコ
ンタクト部分が、ｎ型及びｐ型の双方の導電型を有して
いる場合において、双方の導電型ともに、前記金属膜を
同一種類の金属で構成することを特徴とする請求項３乃
至９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。