JP2002217129A - シリコンカーバイド半導体装置の製造方法 - Google Patents

シリコンカーバイド半導体装置の製造方法

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JP2002217129A JP2001010266A JP2001010266A JP2002217129A JP 2002217129 A JP2002217129 A JP 2002217129A JP 2001010266 A JP2001010266 A JP 2001010266A JP 2001010266 A JP2001010266 A JP 2001010266A JP 2002217129 A JP2002217129 A JP 2002217129A
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film
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Atsushi Nakagawa
敦 中川
Koki Honda
弘毅 本田
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/048Making electrodes
    • H01L21/0485Ohmic electrodes

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不活性ガス雰囲気中で熱処理する通常の熱処
理装置を用いて、優れた特性のニッケル金属からなるオ
ーミック電極を形成する方法を提供する。 【解決手段】 シリコンカーバイド半導体の所定の領域
にニッケル膜を形成し、少なくともこのニッケル膜表面
を高融点金属、高融点金属の硅化物、高融点金属の窒化
膜、高融点金属の炭化物、高融点金属の硼化物のいずれ
かを含む膜により被覆した後、熱処理し、シリコンカー
バイド基板にオーミック接触する電極を形成すること
で、コンタクト抵抗の小さいオーミック電極を形成する
ことができる。また、上記方法によりソース電極、ドレ
イン電極を形成することで、高周波特性に優れたFET
を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコンカーバイド
半導体装置のオーミック電極の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコンカーバイドは、バンドギャップ
が約3eVと広く、またシリコンに比べて約3倍の熱伝
導度、約2倍の電子飽和速度を有することから、耐環境
用デバイスやパワーデバイスの材料として期待されてい
る。シリコンカーバイド基板に対する電極材料として
は、アルミニウム、金、ニッケル、白金、パラジウム、
チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、クロ
ム、コバルト、ハフニウムなど10数種類の金属が検討
されている。
【0003】n型シリコンカーバイドのオーミック電極
としてニッケル(Ni)を用いる場合、通常は次のよう
に形成される。まず、n型シリコンカーバイド基板表面
にニッケル薄膜を被着させ、所望の形状にパターニング
する。その後、アルゴン雰囲気あるいは真空中で900
〜1100℃の熱処理を行う。このように形成されたオ
ーミック電極は、ドーピング濃度が1019atom/c
3の半導体基板に対し、コンタクト抵抗が10-6Ω・
cm2オーダーを実現することが報告されている。
【0004】ここで、ニッケルは酸化されやすい材料で
あるため、高温での熱処理の際に酸素が混入すると酸化
ニッケルが形成され、オーミック特性や素子特性の均一
性に悪影響を与えてしまう。そのため、熱処理の際に
は、酸素が混入しないよう細心の注意が必要とされ、一
般的には、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中や真空中
で熱処理する方法がとられる。
【0005】しかし、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気
中での熱処理においては、微量の酸素の混入が避けられ
ず、安定で再現性の良いオーミック電極を形成すること
が難しかった。また真空中での熱処理では、酸素の混入
を防ぐことはできるが、真空状態にするための時間を要
することや真空状態を保持したまま熱処理を行うため、
熱処理装置に複雑な機構を要するなどの問題点があっ
た。
【0006】さらに、ニッケル薄膜を高温で熱処理する
場合、均一に合金化が進まず、電極表面の平坦性が劣化
するいわゆる表面荒れや、パターンの輪郭が揺らぐいわ
ゆる形状崩れなどが生じてしまう。表面荒れや形状崩れ
が生じたオーミック電極では、オーミック電極と配線メ
タルとの接着性が悪化したり、素子特性のばらつきが増
大するなどの問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
シリコンカーバイド基板にニッケル薄膜を形成し、ニッ
ケル薄膜が露出する状態で高温の熱処理を行なう従来の
オーミック電極の形成方法では、酸素の混入によりオー
ミック特性が劣化したり、高温の熱処理でいわゆる表面
荒れや形状崩れが生じてしまうという問題点があった。
本発明はこのような問題点を解消し、通常の熱処理装置
を用いた不活性ガス雰囲気中での熱処理によっても、オ
ーミック特性のばらつきがなく、表面荒れや形状崩れの
ないニッケル金属からなるオーミック電極を備えた半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る発明は、シリコンカーバイド半導体
の所定の領域にニッケル膜を形成し、少なくとも該ニッ
ケル膜表面を高融点金属、高融点金属の硅化物、高融点
金属の窒化膜、高融点金属の炭化物、高融点金属の硼化
物のいずれかを含む膜により被覆した後、熱処理するこ
とで、前記シリコンカーバイド基板にオーミック接触す
る電極を形成することを特徴とするものである。
【0009】請求項2に係る発明は、シリコンカーバイ
ド基板表面に離間して形成されたソース電極及びドレイ
ン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間の半導体領
域上に形成されたゲート電極とを備えたシリコンカーバ
イド半導体装置の製造方法において、少なくとも第1の
n型層と、該第1のn型層上に該第1のn型層より不純
物濃度の高い第2のn型層が積層されたシリコンカーバ
イド半導体基板を用意する工程と、前記ソース電極及び
ドレイン電極形成予定領域の前記第2のn型層上にニッ
ケル膜を形成する工程と、該ニッケル膜上に高融点金
属、高融点金属の硅化物、高融点金属の窒化膜、高融点
金属の炭化物、高融点金属の硼化物のいずれかを含む膜
を形成する工程と、加熱処理を行い、前記シリコンカー
バイド基板にオーミック接触するソース電極及びドレイ
ン電極を形成する工程と、少なくともゲート電極形成予
定領域の前記第2のn型層を除去し、露出する第1のn
型層上にゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴
とするものである。
【0010】請求項3に係る発明は、請求項1または2
いずれか記載のシリコンカーバイド半導体装置の製造方
法において、前記ニッケル膜上に、W、Mo、WSi、
WNのいずれかを含む膜を形成した後、加熱処理を行な
うことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施の形態に
ついて説明する。まず、シリコンカーバイド基板1上
に、通常のホトリソグラフ法により、厚さ200nmの
ニッケル膜2をパターニングする(図1)。さらにニッ
ケル膜2上に厚さ200nmのタングステンシリサイド
膜を堆積させ、通常のホトリソグラフ法により、ニッケ
ル膜2全体を被覆するようにタングステンシリサイド膜
3を形成する(図2)。
【0012】その後、急速アニール装置(RTA)によ
り、アルゴン雰囲気、950℃、120秒間の熱処理を
行なう。その結果、シリコンカーバイド基板1にオーミ
ック接触するニッケル電極を得ることができる。形成さ
れた電極は、その表面が平坦で、パターンもシャープな
ままであり、いわゆる表面荒れや形状崩れは発生しなか
った。また、アルゴン雰囲気中での熱処理にもかかわら
ず、ばらつきのないオーミック電極を得ることができ
た。
【0013】またオーミック電極のコンタクト抵抗は、
シリコンカーバイド基板のドーピング濃度が1×1018
atom/cm3であるとき、6.7×10-6Ω・cm
となり、同一条件でニッケル膜のみで形成した場合のコ
ンタクト抵抗1.9×10-5Ω・cmと比較して、低減
されていることがわかる。
【0014】なお、ニッケル膜2上に形成するタングス
テンシリサイド膜は、これに限定されるものではなく、
熱処理によってニッケルと反応しない物質であればよ
く、高融点金属、高融点金属の硅化物、高融点金属の窒
化膜、高融点金属の炭化物、高融点金属の硼化物のいず
れかを含む膜であればよい。好ましくは、加工が容易
で、ニッケルとの密着性の良いタングステンシリサイド
(WSi)やタングステンナイトライド(WN)のほ
か、密着性は若干劣るものの加工が容易なタングステン
(W)、モリブデン(Mo)を用いることができる。ま
た、タングステンやモリブデンは、タングステンシリサ
イドやタングステンナイトライドと組み合わせた多層構
造とすることで密着性の良い膜を形成できる。
【0015】次に本発明の第2の実施の形態の電界効果
トランジスタ(FET)の製造方法について説明する。
半絶縁性シリコンカーバイド基板4上に厚さ4000オ
ングストローム、キャリア濃度3×1017atom/c
3の低濃度シリコンカーバイド層5、厚さ500オン
グストローム、キャリア濃度5×1019atom/cm
3の高濃度シリコンカーバイド層6が積層された半導体
基板を用意する。高濃度シリコンカーバイド層6上に、
厚さ200nmのニッケル膜2、厚さ200nmのタン
グステンシリサイド膜3を積層形成する。
【0016】タングステンシリサイド膜3上に、ホトレ
ジスト7をパターニングし、SF6を反応ガスとして使
用したドライエッチングを行い、ソース電極及びドレイ
ン電極形成予定領域にタングステンシリサイド膜3及び
ニッケル膜2が残るようにパターニングし、高濃度シリ
コンカーバイド層6表面を露出させる(図3)。引き続
き、同一ドライエッチング条件で、ホトレジスト7をマ
スクとして使用し、高濃度シリコンカーバイド層6をエ
ッチング除去し、低濃度シリコンカーバイド層5を露出
させる(図4)。
【0017】ホトレジスト7を除去した後、RTA法に
よりアルゴン雰囲気、950℃、120秒間の熱処理を
行ない、高濃度シリコンカーバイド層6にオーミック接
触するソース電極及びドレイン電極を形成する。このオ
ーミック電極は、第1の実施の形態同様、従来の形成方
法と比較して、コンタクト抵抗を低減することができ
る。以下、リフトオフ法によりTi/Pt/Au膜(厚
さ100nm/100nm/300nm)からなるゲー
ト電極8を形成し、素子分離を行うことでFETを完成
させることができる(図5)。
【0018】このように形成したFETは、ソース電
極、ドレイン電極のコンタクト抵抗の低減に伴い、FE
T特性の向上が期待される。
【0019】なお、第2の実施の形態においても第1の
実施の形態同様、ニッケル膜2上に形成するタングステ
ンシリサイド膜は、これに限定されるものではなく、熱
処理によってニッケルと反応しない物質であればよい。
好ましくは、加工が容易で、ニッケルとの密着性の良い
タングステンシリサイド(WSi)やタングステンナイ
トライド(WN)、またこれらに比べて密着性は劣るも
のの加工が容易なタングステン(W)、モリブデン(M
o)を用いることで、簡便にオーミック電極を形成する
ことができる。また、タングステンやモリブデンは、タ
ングステンシリサイドやタングステンナイトライド等と
組み合わせた多層構造とすることもできる。
【0020】また第2の実施の形態の場合、低濃度シリ
コンカーバイド層をエッチング除去した後、熱処理を行
っている。これは、タングステンシリサイド膜のドライ
エッチングに使用するガスが、シリコンカーバイド層を
エッチングできるため、エッチングを同時に行うことで
製造工程を簡略化するためであり、工程順はこれに限定
されるものではない。即ち、熱処理後に高濃度シリコン
カーバイド層をエッチングすることも可能である。本発
明では、高温の熱処理によってもオーミック電極の形状
崩れが発生しないため、オーミック電極をマスクとして
使用し、自己整合的にオーミック電極形成予定部分以外
の高濃度シリコンカーバイド層のエッチングを行うこと
ができ、寄生容量を低減することが可能となる。
【0021】第1の実施の形態と第2の実施の形態を比
較すると、前者はニッケル膜2の側壁部もタングステン
シリサイド膜3で被覆しているのに対し、後者はニッケ
ル膜2の側壁部は露出している点で異なる。しかし、い
ずれの構造においても、コンタクト抵抗を低減すること
ができる点で差異はない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
空条件下で熱処理を行わなくても、高融点金属等の膜で
被覆することによって、酸化ニッケルの生成をなくすこ
とができ、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で熱処理す
る従来の製造装置を用いても、安定で、均一性よいオー
ミック電極を形成することができ、簡便な製造方法を提
供することができた。
【0023】本発明によりFETのソース電極及びドレ
イン電極を形成すると、コンタクト抵抗が低減され、F
ET特性の向上を図ることができる。また、自己整合的
に電極形成部分の高濃度シリコンカーバイド層のエッチ
ングを行うことができるため、寄生容量の低減を実現す
ることができ、素子の高周波数化を図ることができる。
【0024】ニッケル膜上に形成する膜をタングステ
ン、モリブデンとすることにより、加工が容易となり、
簡便に半導体装置を形成することができる。さらにタン
グステンシリサイド、タングステンナイトライドとする
ことにより、ニッケルとの密着性を向上させることがで
きる点で利点が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明する図であ
る。
【図2】本発明の第1の実施の形態を説明する図であ
る。
【図3】本発明の第2の実施の形態を説明する図であ
る。
【図4】本発明の第2の実施の形態を説明する図であ
る。
【図5】本発明の第2の実施の形態を説明する図であ
る。
【符号の説明】
1 シリコンカーバイド基板 2 ニッケル膜 3 タングステンシリサイド膜 4 半絶縁性シリコンカーバイド基板 5 低濃度シリコンカーバイド層 6 高濃度シリコンカーバイド層 7 ホトレジスト 8 ゲート電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンカーバイド半導体の所定の領域
    にニッケル膜を形成し、少なくとも該ニッケル膜表面を
    高融点金属、高融点金属の硅化物、高融点金属の窒化
    膜、高融点金属の炭化物、高融点金属の硼化物のいずれ
    かを含む膜により被覆した後、熱処理することで、前記
    シリコンカーバイド基板にオーミック接触する電極を形
    成することを特徴とするシリコンカーバイド半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 シリコンカーバイド基板表面に離間して
    形成されたソース電極及びドレイン電極と、該ソース電
    極及びドレイン電極間の半導体領域上に形成されたゲー
    ト電極とを備えたシリコンカーバイド半導体装置の製造
    方法において、 少なくとも第1のn型層と、該第1のn型層上に該第1
    のn型層より不純物濃度の高い第2のn型層が積層され
    たシリコンカーバイド半導体基板を用意する工程と、 前記ソース電極及びドレイン電極形成予定領域の前記第
    2のn型層上にニッケル膜を形成する工程と、 該ニッケル膜上に高融点金属、高融点金属の硅化物、高
    融点金属の窒化膜、高融点金属の炭化物、高融点金属の
    硼化物のいずれかを含む膜を形成する工程と、 加熱処理を行い、前記シリコンカーバイド基板にオーミ
    ック接触するソース電極及びドレイン電極を形成する工
    程と、 少なくともゲート電極形成予定領域の前記第2のn型層
    を除去し、露出する第1のn型層上にゲート電極を形成
    する工程とを含むことを特徴とするシリコンカーバイド
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2いずれか記載のシリコ
    ンカーバイド半導体装置の製造方法において、前記ニッ
    ケル膜上に、W、Mo、WSi、WNのいずれかを含む
    膜を形成した後、加熱処理を行なうことを特徴とするシ
    リコンカーバイド半導体装置の製造方法。
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