JP2006032456A - 半導体素子および半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ｎ型ＳｉＣに対して良好なオーミック接触を得ることができる半導体素子および半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 ｎ型ＳｉＣ基板１上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第１の貴金属膜２を形成し、第１の貴金属膜２上に、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる耐熱金属膜３を形成し、耐熱金属膜３上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第２の貴金属膜４を形成し、その後、これらを９６０℃から１０００℃までの範囲で加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子および半導体素子の製造方法に関するものである。

炭化珪素（以下「ＳｉＣ」と称する）は広いバンドギャップ及び高い最大電界強度を持つため、シリコン半導体に対してシリーズ抵抗分を下げられる特色を持つ。このため、大電力、高耐圧の電力用デバイスへの応用が展開されている。しかしながら、ＳｉＣについての適切なオーミック電極構造はまだなく、高電圧下で大電流での駆動が可能なＳｉＣからなる半導体素子の開発が期待されている。そして、ｎ型ＳｉＣの（０００−１）面と電極膜とのオーミック接触を得る方法としては、その（０００−１）面にＴｉ（チタン）膜を蒸着して形成するものと、その（０００−１）面に５０ｎｍ以上の膜厚のＮｉ（ニッケル）膜を蒸着した後に９６０℃以上に加熱するものとが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２４３３２３号公報

しかしながら、ＳｉＣ基板の（０００−１）面について、そのＳｉＣ基板の反りを低減するために鏡面加工した場合には、その（０００−１）面にＴｉ膜を蒸着してもオーミック接触を得ることはできない。

また、上記のＳｉＣに対してＮｉを蒸着して加熱する方法では、ＳｉＣとＮｉが
｛ＳｉＣ＋Ｎｉ → Ｎｉ−Ｓｉ化合物＋Ｃ（炭素）｝
という化学反応をおこし、上記加熱後に黒鉛の微粉末が未反応ＮｉとＮｉ−Ｓｉ化合物層との間に層状に生じる。すると、ＳｉＣ基板についての実装時において上記黒鉛の微粉末の層で剥離が生じ易くなってしまう。この黒鉛の微粉末の層については除去するのが好ましいがその黒鉛微粉末に対する適切な溶解液は存在しない。したがって、上記方法では、ＳｉＣからなる半導体装置の製造は清浄なクリーンルーム内でプロセスを実行する必要があるにもかかわらず、クリーンルームを汚染してしまうという問題点がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ｎ型ＳｉＣに対して良好なオーミック接触を得ることができる半導体素子および半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ｎ型ＳｉＣの鏡面加工された（０００−１）面に対して、良好なオーミック接触が得られるとともに、無用な黒鉛を発生させない半導体素子および半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ｎ型ＳｉＣ基板上に、（長周期型の周期表における）１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第１の貴金属膜を形成する第１工程と、前記第１の貴金属膜上に、（前記周期表における）４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる耐熱金属膜を形成する第２工程と、前記耐熱金属膜上に、（前記周期表における）１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第２の貴金属膜を形成する第３工程と、前記ｎ型ＳｉＣ基板、第１の貴金属膜、耐熱金属膜及び第２の貴金属膜を９６０℃から１２００℃までの範囲で加熱する第４工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子の製造方法において、前記第１工程は、前記ｎ型ＳｉＣ基板上にＮｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を形成する工程であり、前記Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜が前記第１の貴金属膜をなすことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法において、前記第２工程は、前記第１工程で形成された第１の貴金属膜上にＴｉ膜を形成する工程であり、前記Ｔｉ膜が前記耐熱金属膜をなすことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法において、前記第３工程は、前記第２工程で形成された耐熱金属膜膜上に、Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を形成する工程であり、前記Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜が第２の貴金属膜をなすことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法において、前記第４工程は、前記ｎ型ＳｉＣ基板、第１の貴金属膜、耐熱金属膜及び第２の貴金属膜を真空中で２乃至３０分間加熱するものであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法において、前記第４工程に換えて、前記第２の貴金属膜上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第３の貴金属膜を形成する工程と、前記第３の貴金属膜上に、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる別の耐熱金属膜を形成する工程と、前記別の耐熱金属膜上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第４の貴金属膜を形成する工程と、前記ｎ型ＳｉＣ基板、第１の貴金属膜、耐熱金属膜、第２の貴金属膜、第３の貴金属膜、別の耐熱金属膜及び第４の貴金属膜を９６０℃から１０００℃までの範囲で加熱する工程とを有することを特徴とする。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項７に記載の発明は、ｎ型ＳｉＣ基板と、前記ｎ型ＳｉＣ基板上に形成されてなる第１の貴金属膜と、前記第１の貴金属膜上に形成されてなる耐熱金属膜と、前記耐熱金属膜上に形成されてなる第２の貴金属膜とを有し、前記第１の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、前記耐熱金属膜は、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、前記第２の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなることを特徴とする半導体素子である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の半導体素子において、前記ｎ型ＳｉＣ基板は、（０００−１）面を主面としてなるものであり、前記第１の貴金属膜は、前記ｎ型ＳｉＣ基板の主面上に形成されてなるものであって、Ｎｉ膜とＮｉ−Ｃｕ合金膜とのいずれかからなり、前記耐熱金属膜は、Ｔｉ膜からなり、前記第２の貴金属膜は、Ｎｉ膜とＮｉ−Ｃｕ合金膜とのいずれかからなることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の半導体素子において、前記第２の貴金属膜上に形成されてなる第３の貴金属膜と、前記第３の貴金属膜上に形成されてなる別の耐熱金属膜と、前記別の耐熱金属膜上に形成されてなる第４の貴金属膜（サブ）とを有し、前記第３の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、前記別の耐熱金属膜は、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、前記第４の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなることを特徴とする。

本発明によれば、ｎ型ＳｉＣ基板上に、第１の貴金属膜、耐熱金属膜及び第２の貴金属膜を形成してから加熱する工程を施すと、電極膜となる３つの金属膜（第１の貴金属膜、耐熱金属膜及び第２の貴金属膜）とｎ型ＳｉＣ基板との間に良好なオーミック接触を確保することができる。
また、本発明によれば、ｎ型ＳｉＣ基板と第１の貴金属膜との間に黒鉛の微粉末が生じることがないので、その黒鉛の微粉末によるクリーンルームの汚染を防止することができる。
さらに、本発明によれば、第２の貴金属膜により、上記電極膜に酸が侵入することを大幅に低減でき、電極膜が腐食することを回避することができる。例えばＡｕ（金）膜を第２の貴金属膜の最表面層として用いることにより、酸を使用する後処理において上記電極膜が腐食することを回避できる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。本半導体素子１０は、ｎ型ＳｉＣ基板１と、ｎ型ＳｉＣ基板上に形成されてなる第１の貴金属膜２と、第１の貴金属膜２上に形成されてなる耐熱金属膜３と、耐熱金属膜３上に形成されてなる第２の貴金属膜４とを有して構成されている。

ｎ型ＳｉＣ基板１は（０００−１）面を主面としており、その主面に第１の貴金属膜２が形成されている。また、ｎ型ＳｉＣ基板１の（０００−１）面は鏡面加工されており、ｎ型ＳｉＣ基板１の反りの低減が図られている。第１の貴金属膜２は、長周期型の周期表における１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなるものとする。すなわち、第１の貴金属膜２は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔのいずれか１つ、これらの２つ以上からなる合金、又はこれらを組み合わせた多層膜からなるものとする。例えば、第１の貴金属膜２としては、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれか１つ、これらの２つ以上からなる合金、又はこれらを組み合わせた多層膜からなるものとする。そして、第１の貴金属膜２としては、特にＮｉ又はＮｉ−Ｃｕ合金膜が好ましい。

耐熱金属膜３としては、炭素と結合して導電性炭化物を形成する金属元素及びそれらの合金を適用する。そこで、耐熱金属膜３は、長周期型の周期表における４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなるものとする。すなわち、耐熱金属膜３は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｄｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｇ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂｈ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓのいずれか１つ、これらの２つ以上からなる合金、又はこれらを組み合わせた多層膜からなるものとする。例えば、耐熱金属膜３としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅのいずれか１つ、これらの２つ以上からなる合金、又はこれらを組み合わせた多層膜からなるものとする。そして、耐熱金属膜３としては、例えばＴｉを適用する。

第２の貴金属膜４は、長周期型の周期表における１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなるものとする。すなわち、第２の貴金属膜４は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔのいずれか１つ、これらの２つ以上からなる合金、又はこれらを組み合わせた多層膜からなるものとする。例えば、第２の貴金属膜４としては、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれか１つ、これらの２つ以上からなる合金、又はこれらを組み合わせた多層膜からなるものとする。そして、第２の貴金属膜４としては、例えばＮｉ又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を適用する。

次に、本実施形態に係る半導体素子１０の製造方法について図２を参照して説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体素子の構造工程を示す断面図である。先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＳｉＣ基板１を用意する。このｎ型ＳｉＣ基板１の主面としてなる（０００−１）面は、ｎ型ＳｉＣ基板１の反りを低減するために、鏡面加工されていることが好ましい。

次いで、図２（ｂ）に示すように、ｎ型ＳｉＣ基板１上に上記第１の貴金属膜２を形成する（第１工程）。この第１工程としては、例えば、ｎ型ＳｉＣ基板１の鏡面となっている（０００−１）面にＮｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を蒸着により形成する。この蒸着には、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などを用いることができる。また、第１の貴金属膜２の形成は、蒸着以外の方法を用いてもよい。すなわち、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布・コーティング法、又は電気メッキ法などを用いて、第１の貴金属膜２を形成してもよい。

次いで、図２（ｃ）に示すように、第１の貴金属膜２上に、上記耐熱金属膜３を形成する（第２工程）。ここで、耐熱金属膜３は、炭素（Ｃ）と結合して導電性炭化物を形成する金属元素又はそれらの合金である。この第２工程としては、例えば、第１の貴金属膜２であるＮｉ膜上に、Ｔｉを蒸着することで、耐熱金属膜３を形成する。このＴｉの蒸着には、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などを用いることができる。また、耐熱金属膜３の形成は、蒸着以外の方法を用いてもよい。すなわち、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布・コーティング法、又は電気メッキ法などを用いて、耐熱金属膜３を形成してもよい。

次いで、図２（ｄ）に示すように、耐熱金属膜３上に、上記第２の貴金属膜４を形成する（第３工程）。この第３工程としては、例えば、耐熱金属膜３であるＴｉ膜上に、Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を蒸着により形成することで、第２の貴金属膜４を形成する。この蒸着には、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などを用いることができる。また、第２の貴金属膜４の形成は、蒸着以外の方法を用いてもよい。すなわち、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布・コーティング法、又は電気メッキ法などを用いて、第２の貴金属膜４を形成してもよい。

次いで、図２（ｄ）に示す状態のｎ型ＳｉＣ基板１、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４を、９６０℃から１０００℃までの範囲で加熱処理する（第４工程）。この第４工程としては、例えば、ｎ型ＳｉＣ基板１、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４に対して、真空中において１０００℃で２分間の加熱処理を行う。これにより、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４は電極膜となってｎ型ＳｉＣ基板１と確実にオーミック接触し、図１に示す半導体素子１０が完成する。上記加熱処理は、９６０℃から１２００℃の範囲で、且つ２分から３０分間の加熱としてもよい。

これらにより、本実施形態の半導体素子１０及びその製造方法によれば、ｎ型ＳｉＣ基板１上に、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４を形成してから加熱処理を施すので、電極膜をなす第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４とｎ型ＳｉＣ基板１とが確実にかつ良好にオーミック接触する構造とすることができる。

また、本実施形態によれば、第４工程の加熱処理で、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１の貴金属膜２（例えばＮｉ）とが、｛ＳｉＣ＋Ｎｉ → Ｎｉ−Ｓｉ化合物＋Ｃ（炭素）｝というように化学反応して、炭素が発生しても、その炭素と耐熱金属膜３（例えばＴｉ）とが結合して導電性炭化物となる。したがって、本実施形態の半導体素子１０及びその製造方法によれば、製造工程において黒鉛を生じさせず、クリーンルームの汚染を回避でき、且つｎ型ＳｉＣ基板１の鏡面加工された（０００−１）面に対して良好なオーミック接触を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、第２の貴金属膜４を電極膜（第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４）における最表面層としているので、電極膜に酸が侵入することを第２の貴金属膜４により大幅に低減でき、電極膜が腐食することを回避することができる。したがって、例えば、本実施形態の半導体素子１０及びその製造方法を利用してショットキーダイオード（ＳＢＤ）などを製造する場合、Ａｕ（金）膜を第２の貴金属膜の最表面層として用いると、上記第４工程の後における酸を使用する処理において、電極膜（第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４）が腐食することを回避できる。

図３は、本実施形態に係る半導体素子１０の電極膜について接触抵抗（電流−電圧特性）を示す図である。図３において、線Ｋ１は、図１に示す構成の半導体素子１０の接触抵抗を示している。この半導体素子１０は、ｎ型ＳｉＣ基板１上に、第１の貴金属膜２をなすＮｉを蒸着により６．５ｎｍ形成し、そのＮｉ上に、耐熱金属膜３をなすＴｉを蒸着により２０ｎｍ形成し、そのＴｉ上に、第２の貴金属膜４をなすＮｉを蒸着により４３．５ｎｍ形成し、その後、真空中で１０００℃・２分間の加熱処理を施したものである。すなわち、この半導体素子１０は、Ni/Ti/Ni/SiC構造となっている。

また、図３において、点線Ｋ４は、ｎ型ＳｉＣ基板上にＴｉを蒸着しただけのもの、すなわち「Ｔｉ as depo」の場合の接触抵抗を示している。この「Ｔｉ as depo」の場合、電流が殆ど流れず、電極としての機能をなさないものとなっている。点線Ｋ２は、ｎ型ＳｉＣ基板上にＮｉを蒸着し、その後１０００℃で加熱処理したもの、すなわち従来の半導体素子である「Ｎｉ単層（Ni/SiC構造）」の場合の接触抵抗を示している。このNi/SiC構造の場合、本実施形態のNi/Ti/Ni/SiC構造と比べて接触抵抗が約２倍となっている。一点鎖線Ｋ３は、ｎ型ＳｉＣ基板上にＮｉを蒸着し、そのＮｉ上にＴｉを蒸着し、その後１０００℃で加熱処理したもの、すなわち「Ｔｉ／Ｎｉ２層（Ti/Ni/SiC構造）」の場合の接触抵抗を示している。このTi/Ni/SiC構造の場合、Ni/SiC構造よりも接触抵抗が大きくなっている。すなわち、最表面をＮｉで覆わないと接触抵抗が高くなる。

これらにより、本実施形態の半導体素子１０（線Ｋ１のNi/Ti/Ni/SiC構造）は、点線Ｋ２が示すＮｉ単層（Ni/SiC構造）と比べて接触抵抗を約半分にすることができた。また、図３に示されている抵抗にはバルク基板中を流れる電流についての抵抗も含まれているので、電極膜についての接触抵抗の差は図３に示すよりも顕著となり、本実施形態の半導体素子１０の接触抵抗はより良好なものとなっている。

また、本実施形態の半導体素子１０（線Ｋ１のNi/Ti/Ni/SiC構造）は、製造過程において黒鉛が生成することを防ぐことができた。また、本実施形態の半導体素子１０において第２の貴金属膜４をなすＮｉの上にＡｕを積層したAu/Ni/Ti/Ni/SiC構造とした場合、この電極膜を製造工程の後処理（例えば、半導体素子１０をショットキーダイオードに適用する場合などの処理）で、その電極膜が酸によって浸食されることを防ぐことができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。図４において、図１に示す半導体素子の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付している。本半導体素子２０は、ｎ型ＳｉＣ基板１と、ｎ型ＳｉＣ基板上に形成されてなる第１の貴金属膜２と、第１の貴金属膜２上に形成されてなる耐熱金属膜３と、耐熱金属膜３上に形成されてなる第２の貴金属膜４と、第２の貴金属膜４上に形成されてなる第３の貴金属膜５と、第３の貴金属膜５上に形成されてなる別の耐熱金属膜６と、別の耐熱金属膜６上に形成されてなる第４の貴金属膜７とを有し構成されている。ｎ型ＳｉＣ基板１、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第３の貴金属膜４の構成は、材料および形成面も含めて、図１に示す半導体素子１０の構成と同一である。

第３の貴金属膜５は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなるものとする。すなわち、第３の貴金属膜５は、第１実施形態で示した第１の貴金属膜２をなす元素のいずれか、これら元素の合金、又はこれらを組み合わせた多層膜で構成できる。別の耐熱金属膜６は、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなるものとする。すなわち、別の耐熱金属膜６は、第１実施形態で示した耐熱金属膜３をなす上記元素のいずれか、これら元素の合金、又はこれらを組み合わせた多層膜で構成できる。第４の貴金属膜７は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなるものとする。すなわち、第４の貴金属膜７は、第１実施形態で示した第２の貴金属膜４をなす元素のいずれか、これら元素の合金、又はこれらを組み合わせた多層膜で構成できる。

次に、本実施形態に係る半導体素子１０の製造方法について図５を参照して説明する。
先ず、第１実施形態で示した第１工程から第３工程までを行う。すなわち、ｎ型ＳｉＣ基板１の（０００−１）面に第１の貴金属膜２を形成し、第１の貴金属膜２上に耐熱金属膜３を形成し、耐熱金属膜３上に第２の貴金属膜４を形成する。

次いで、図５（ａ）に示すように、第２の貴金属膜４上に第３の貴金属膜５を形成する。この工程は図２（ｂ）に示す第１工程と同様にして蒸着などで実行できる。次いで、図５（ｂ）に示すように、第３の貴金属膜５上に別の耐熱金属膜６を形成する。この工程は図２（ｃ）に示す第２工程と同様にして蒸着などで実行できる。次いで、図５（ｃ）に示すように、別の耐熱金属膜６上に第４の貴金属膜７を形成する。この工程は図２（ｄ）に示す第３工程と同様にして蒸着などで実行できる。

次いで、図５（ｃ）に示す状態のｎ型ＳｉＣ基板１、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３、第２の貴金属膜４、第３の貴金属膜５、別の耐熱金属膜６、第４の貴金属膜７を、９６０℃から１０００℃までの範囲で加熱処理する。この加熱処理は、第１実施形態の第４工程と同様にして実行できる。これにより、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３、第２の貴金属膜４、第３の貴金属膜５、別の耐熱金属膜６、第４の貴金属膜７は、電極膜となってｎ型ＳｉＣ基板１と確実にオーミック接触し、図４に示す半導体素子２０が完成する。

これらにより、本実施形態の半導体素子２０及びその製造方法によれば、ｎ型ＳｉＣ基板１上に、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３、第２の貴金属膜４、第３の貴金属膜５、別の耐熱金属膜６及び第４の貴金属膜７を形成してから加熱処理を施すので、電極膜をなす第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３、第２の貴金属膜４、第３の貴金属膜５、別の耐熱金属膜６及び第４の貴金属膜７とｎ型ＳｉＣ基板１とが確実にかつ良好にオーミック接触する構造とすることができる。また、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、製造工程において黒鉛を生じさせず、クリーンルームの汚染を回避でき、且つｎ型ＳｉＣ基板１の鏡面加工された（０００−１）面に対して良好なオーミック接触を得ることができる。

また、本実施形態によれば、第４の貴金属膜７を電極膜における最表面層としているとともに、第１実施形態よりも多層の構造としているので、電極膜に酸が侵入することを第１実施形態よりも低減でき、電極膜が腐食することを回避することができる。

（応用例）
次に、上記実施形態の応用例について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、上記実施形態の半導体素子１０，２０を構成要素としたＳｉＣショットキーダイオードの基本的な構造を示す断面図である。本ＳｉＣショットキーダイオード３０は、ｎ^＋型ＳｉＣ層３１と、ｎ⁻型ＳｉＣ層３２と、ｐ型ＳｉＣ層３３と、裏面オーミック電極３４と、半田接合用金属３５と、絶縁物３６と、ショットキー電極３７と、引出し電極３８とを有して構成されている。

ここで、裏面オーミック電極３４は、第１実施形態の電極膜（第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４）で構成されているものとする。また、裏面オーミック電極３４は、第２実施形態の電極膜（第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３、第２の貴金属膜４、第３の貴金属膜５、別の耐熱金属膜６及び第４の貴金属膜７）で構成されているとしてもよい。

ｎ^＋型ＳｉＣ層３１は、高濃度に不純物を含んだｎ型の低抵抗ＳｉＣである。ｎ⁻型ＳｉＣ層３２は、ｎ^＋型ＳｉＣ層３１の表面に形成されており、低濃度に不純物を含んだｎ型の高抵抗ＳｉＣである。ｐ型ＳｉＣ層３３は、ｎ⁻型ＳｉＣ層３２の表面にリング形状に形成されており、Ａｌ又はＢをイオン注入した後、１５００℃以上に加熱して形成することができる。

裏面オーミック電極３４は、ｎ^＋型ＳｉＣ層３１の裏面の（０００−１）面に形成されており、上記第１又は第２実施形態の電極膜で構成されている。この電極膜としては、例えばNi/Ti/Ni積層構造を焼鈍したものとする。この焼鈍における未反応金属は、その後の酸処理で除去される。半田接合用金属３５は、裏面オーミック電極３４の裏面に形成されており、例えば３層膜とする。この３層膜は、例えば、ｎ^＋型ＳｉＣ層３１側から順に、Ｔｉ又はＣｒ、Ｎｉ又はＮｉ−Ｃｕ合金、Ａｇ又はＡｕとする。

絶縁物３６は、ｎ⁻型ＳｉＣ層３２の表面の一部上及びｐ型ＳｉＣ層３３の表面の一部上にリング形状に形成されており、リング形状のｐ型ＳｉＣ層３３の外周縁上に配置されている。そして、絶縁物３６は、酸化珪素、窒化珪素又はポリイミドなどからなる。ショットキー電極３７は、ｎ⁻型ＳｉＣ層３２の表面の一部上、ｐ型ＳｉＣ層３３の表面の一部上及び絶縁物３６上に渡って形成されている。そして、ショットキー電極３７は、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉなどからなる。引出し電極３８は、ショットキー電極３８上に形成されており、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕなどからなる。

図７は、上記実施形態の半導体素子１０，２０を構成要素としたＳｉＣショットキーダイオードの他の例を示す断面図である。本ＳｉＣショットキーダイオード４０は、ｎ^＋型ＳｉＣ層４１と、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２と、ｐ型ＳｉＣ層４３と、裏面オーミック電極４４と、半田接合用金属４５と、絶縁物４６と、ショットキー電極４７と、引出し電極４８とを有して構成されている。

本ＳｉＣショットキーダイオード４０では、絶縁物４６、ショットキー電極４７及び引出し電極４８の形状・配置が図６に示すＳｉＣショットキーダイオード３０の絶縁物３６、ショットキー電極３７及び引出し電極３８の形状・配置と異なっている。ＳｉＣショットキーダイオード４０におけるその他の構成は、ＳｉＣショットキーダイオード３０と同一とすることができる。すなわち、ｎ^＋型ＳｉＣ層４１がｎ^＋型ＳｉＣ層３１に対応し、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２がｎ⁻型ＳｉＣ層３２に対応し、ｐ型ＳｉＣ層４３がｐ型ＳｉＣ層３３に対応し、裏面オーミック電極４４が裏面オーミック電極３４に対応し、半田接合用金属４５が半田接合金属３５に対応し、絶縁物４６が絶縁膜３６に対応し、ショットキー電極４７がショットキー電極３７に対応し、引出し電極４８が引出し電極３８に対応する。そして、裏面オーミック電極４４は、裏面オーミック電極３４と同様に、上記第１又は第２実施形態の電極膜で構成されている。

次に、ＳｉＣショットキーダイオード４０の製造方法について、図８から図１２を参照して説明する。図８から図１２はＳｉＣショットキーダイオード４０の製造工程を示す断面図である。先ず、図８に示すように、先ず、シリーズ抵抗を下げる低抵抗のｎ^＋型ＳｉＣ層４１の表面に、耐圧を確保するのに必要な不純物濃度と厚さとを持つ高抵抗のｎ⁻型ＳｉＣ層４２を形成する。

次いで、図９に示すように、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２にＡｌ（又はＢなど）をイオン注入し、その後１５００℃以上の熱処理を施すことで、ｐ型ＳｉＣ４３を形成する。このｐ型ＳｉＣ４３の形成は、具体的には次のように行う。先ず、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２の表面に、ＳｉＯ_２をＣＶＤによって堆積する。次いで、写真工程により、ＳｉＯ_２上にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストにおけるｐ型ＳｉＣ４３の形成位置に対応する部分を除去する。この状態でＳｉＯ_２をエッチングすることにより、ＳｉＯ_２におけるｐ型ＳｉＣ４３の形成位置に対応する部分を除去し、その部分のｎ⁻型ＳｉＣ層４２を露出させる。その後、残りのフォトレジストを除去する。その後、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２の露出部位からそのｎ⁻型ＳｉＣ層４２の中に、例えばＡｌをイオン注入する。その後、注入された不純物を活性化するために、１５００℃以上の熱処理を施す。この熱処理により、ｐ型ＳｉＣ４３が完成する。

次いで、図１０に示すように、ｎ^＋型ＳｉＣ層４１の裏面に、裏面オーミック電極４４を形成する。この裏面オーミック電極４４が第１実施形態の電極膜（第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４）に該当するものである。裏面オーミック電極４４の形成は、具体的には次のように行う。

先ず、全体的に酸化し、表面、裏面及び側面に酸化膜４３ｂを設ける。その後、ｎ^＋型ＳｉＣ層４１の裏面の酸化膜だけ除去する。その後、図１及び図２に示す第１実施形態の製造方法を用いて、ｎ^＋型ＳｉＣ層４１の裏面に、例えばＮｉ／Ｔｉ／Ｎｉを蒸着により堆積する。このＮｉ／Ｔｉ／Ｎｉが第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４に該当する。その後、真空中において１０００℃で加熱処理する。これにより、ｎ^＋型ＳｉＣ層４１の裏面に対して確実に且つ良好にオーミック接触する裏面オーミック電極４４が完成する。

次いで、図１１に示すように、絶縁物４６、ショットキー電極４７及び引出電極４８を形成する。具体的には先ず、前工程により形成され、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２の表面及び側面などにまだ残っている酸化膜４３ｂを除去する。その後、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２及びｐ型ＳｉＣ層４３の表面全体に、ショットキー電極４７としてＴｉをスパッタリング法にて堆積する。そして、ショットキー電極４７をパターニングして、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２及びｐ型ＳｉＣ層４３の表面における外縁近傍の一部を露出させる。その後、ショットキー電極４７上と、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２及びｐ型ＳｉＣ層４３の表面における露出部上とに、全体的にＡｌを堆積する。そのＡｌの外縁近傍を除去するようにパターニングして引出し電極４８とする。その後、ｎ⁻型ＳｉＣ層４２、ｐ型ＳｉＣ層４３及び引出し電極４８の表面全体に、ポリイミドなどの絶縁物を堆積し、その絶縁物の中央領域について除去するパターニングをすることで絶縁物４６を形成する。このパターニングで引出し電極４８が露出する。

次いで、図１２に示すように、半田接合用金属４５を形成する。例えば、裏面オーミック電極４４の裏面全体に、その裏面オーミック電極４４側からみてＴｉ膜４５ａ、Ｎｉ膜４５ｂ、Ａｇ膜４５ｃの順に積層された３層膜を形成することで、半田接合用金属４５とする。これらにより、ＳｉＣショットキーダイオード４０が完成する。

これらにより、ＳｉＣショットキーダイオード３０，４０によれば、裏面オーミック電極３４及び裏面オーミック電極４４に、第１又は第２実施形態の電極膜（例えば、Ni/Ti/Ni積層構造を焼鈍したもの）を適用しているので、裏面オーミック電極３４（又は裏面オーミック電極４４）とｎ^＋型ＳｉＣ層３１（４１）とが確実にかつ良好にオーミック接触する構造とすることができる。そこで、ＳｉＣショットキーダイオード３０，４０は、オン抵抗を低減でき、高速動作についての特性を改善することもできる。

また、本応用例によれば、裏面オーミック電極３４及び裏面オーミック電極４４の形成工程において黒鉛を生じさせず、クリーンルームの汚染を回避できるので、不具合のない高品位なＳｉＣショットキーダイオード３０，４０を製造することができる。
さらに、本応用例によれば、裏面オーミック電極３４又は裏面オーミック電極４４からなる電極膜において、第２の貴金属膜４又は第４の貴金属膜６を最表面層としているので、その電極膜の形成以後の工程で酸を用いた処理をしても、その電極膜が腐食することを回避することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、ｎ型ＳｉＣ基板１の（０００−１）面に、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４を形成する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｎ型ＳｉＣ基板１の（０００１）面に、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４を形成する構成としてもよい。

また、本発明に係る半導体素子及びその製造方法は、ｎ型ＳｉＣ基板１、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３及び第２の貴金属膜４の積層構造、又は、ｎ型ＳｉＣ基板１、第１の貴金属膜２、耐熱金属膜３、第２の貴金属膜４、第３の貴金属膜５、別の耐熱金属膜６及び第４の貴金属膜７の積層構造に限定されるものではなく、(SiC/Ni/M1/Ni/M1…/M2)のような多層膜の構造としてもよい。ここで、M1は耐熱金属膜３であり、M2は第２の貴金属膜４である。

また、本発明に係る半導体素子及びその製造方法は、ＳｉＣショットキーダイオードのみならず、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＳＩＴ、サイリスタ、ＩＧＢＴなどの各種半導体装置のオーミック電極に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体素子の接触抵抗を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るＳｉＣショットキーダイオードを示す断面図である。 本発明の実施形態に係るＳｉＣショットキーダイオードを示す断面図である。 同上のＳｉＣショットキーダイオードの製造工程を示す断面図である。 同上のＳｉＣショットキーダイオードの製造工程を示す断面図である。 同上のＳｉＣショットキーダイオードの製造工程を示す断面図である。 同上のＳｉＣショットキーダイオードの製造工程を示す断面図である。 同上のＳｉＣショットキーダイオードの製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１…ｎ型ＳｉＣ基板、２…第１の貴金属膜、３…耐熱金属膜、４…第２の貴金属膜、５…第３の貴金属膜、６…別の耐熱金属膜、７…第４の貴金属膜、１０，２０…半導体素子

Claims (9)

1. ｎ型ＳｉＣ基板上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第１の貴金属膜を形成する第１工程と、
   前記第１の貴金属膜上に、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる耐熱金属膜を形成する第２工程と、
   前記耐熱金属膜上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第２の貴金属膜を形成する第３工程と、
   前記ｎ型ＳｉＣ基板、第１の貴金属膜、耐熱金属膜及び第２の貴金属膜を９６０℃から１２００℃までの範囲で加熱する第４工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 前記第１工程は、前記ｎ型ＳｉＣ基板上にＮｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を形成する工程であり、
   前記Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜が前記第１の貴金属膜をなすことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. 前記第２工程は、前記第１工程で形成された第１の貴金属膜上にＴｉ膜を形成する工程であり、
   前記Ｔｉ膜が前記耐熱金属膜をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記第３工程は、前記第２工程で形成された耐熱金属膜膜上に、Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を形成する工程であり、
   前記Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜が第２の貴金属膜をなすことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記第４工程は、前記ｎ型ＳｉＣ基板、第１の貴金属膜、耐熱金属膜及び第２の貴金属膜を真空中で２乃至３０分間加熱するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
6. 前記第４工程に換えて、
   前記第２の貴金属膜上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第３の貴金属膜を形成する工程と、
   前記第３の貴金属膜上に、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる別の耐熱金属膜を形成する工程と、
   前記別の耐熱金属膜上に、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなる第４の貴金属膜を形成する工程と、
   前記ｎ型ＳｉＣ基板、第１の貴金属膜、耐熱金属膜、第２の貴金属膜、第３の貴金属膜、別の耐熱金属膜及び第４の貴金属膜を９６０℃から１０００℃までの範囲で加熱する工程とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
7. ｎ型ＳｉＣ基板と、
   前記ｎ型ＳｉＣ基板上に形成されてなる第１の貴金属膜と、
   前記第１の貴金属膜上に形成されてなる耐熱金属膜と、
   前記耐熱金属膜上に形成されてなる第２の貴金属膜とを有し、
   前記第１の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、
   前記耐熱金属膜は、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、
   前記第２の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなることを特徴とする半導体素子。
8. 前記ｎ型ＳｉＣ基板は、（０００−１）面を主面としてなるものであり、
   前記第１の貴金属膜は、前記ｎ型ＳｉＣ基板の主面上に形成されてなるものであって、Ｎｉ膜とＮｉ−Ｃｕ合金膜とのいずれかからなり、
   前記耐熱金属膜は、Ｔｉ膜からなり、
   前記第２の貴金属膜は、Ｎｉ膜とＮｉ−Ｃｕ合金膜とのいずれかからなることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子。
9. 前記第２の貴金属膜上に形成されてなる第３の貴金属膜と、
   前記第３の貴金属膜上に形成されてなる別の耐熱金属膜と、
   前記別の耐熱金属膜上に形成されてなる第４の貴金属膜とを有し、
   前記第３の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、
   前記別の耐熱金属膜は、４ａ族と５ａ族と６ａ族と７ａ族と８族のＦｅ列とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなり、
   前記第４の貴金属膜は、１ｂ族と８族のＦｅ列以外とのいずれかに属する元素のうち、いずれか１つ又は２つ以上からなることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体素子。
   

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