JP2006073922A - ＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置の製造方法 - Google Patents

ＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ｎ型ＳｉＣ基板に対して、低抵抗で良好なオーミック電極を容易に形成できるＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 ｎ型ＳｉＣ基板１の電極形成領域上に、メッキ法によって、ｎ型の不純物を含む金属層２を形成し、金属層２に対して、焼鈍処理を施すことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置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、シリコン半導体に比べて広いバンドギャップ及び高い最大電界強度を持ち、シリコン半導体よりもシリーズ抵抗分を下げられる特色を持つ。このため、ＳｉＣは、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。
また、従来においては、ｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極において、ＳｉＣ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒの窒化物の単体又は混合物からなる膜を配し、その膜上にＨｆ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ若しくはＷの単体又は混合物からなる金属を配したオーミック電極が考え出されている。この技術は、ｎ型ＳｉＣに対して接触抵抗が低く、かつ高温環境下での安定性に優れたオーミック電極を得ようとするものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２８３７３８号公報
しかしながら、ＳｉＣ基板上に金属の電極を形成しようとすると、バントギャップが広くなり、その金属に対して高電位障壁となるショットキー・バリアを形成してしまう。このショットキー・バリアにより、ＳｉＣ基板と電極との間の抵抗が大きくなり、良好なオーミック電極を形成することが困難となる。例えば、ＳｉＣ基板上にＮｉを堆積してＮｉ層を形成し、このＮｉ層を焼鈍することで、ＳｉＣ基板上に電極を形成する方法が考えだされている。この方法により電極構造は、上記ショットキー・バリアにより、実用上において充分に低抵抗なオーミック電極とはいえない。
また、上記特許文献１に記載されているオーミック電極の製造方法では、ＳｉＣ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒの窒化物を電子ビーム蒸着等で形成しなければならない。さらに、かかるオーミック電極を製造するには、上記窒化物上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒからなる金属を形成し、不活性雰囲気又は真空中にて熱処理を行う必要がある。したがって、特許文献１記載のオーミック電極の製造方法では、多大かつ複雑な製造工程が必要になると共に、高価な製造装置が必要になるという問題点がある。また、特許文献１記載のオーミック電極は、ＳｉＣ基板に対するオーミック電極としての低抵抗化が充分とはいえない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ｎ型ＳｉＣ基板に対して、低抵抗で良好なオーミック電極を容易に形成できるＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置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基板の電極形成領域上に、メッキ法によって、ｎ型の不純物を含む金属層を形成し、前記金属層に対して、焼鈍処理を施すことを特徴とするＳｉＣ半導体装置の製造方法である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法において、前記金属層が、前記ｎ型の不純物を含むニッケル（Ｎｉ）からなることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法において、前記ｎ型の不純物がリン（Ｐ）であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法において、前記金属層が、前記ｎ型の不純物を含むチタン（Ｔｉ）からなることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１又は４に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法において、前記ｎ型の不純物が窒素（Ｎ）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５のいずれか一項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法において、前記焼鈍処理が、前記金属層が加熱されることにより、該金属層のｎ型の不純物が前記ｎ型ＳｉＣ基板の中に拡散する温度以上の温度で、行われ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、該ｎ型ＳｉＣ基板上に形成された金属層とを有するＳｉＣ半導体装置であって、前記金属層は、リン（Ｐ）を含んだニッケル（Ｎｉ）からなり、前記ｎ型ＳｉＣ基板は、前記金属層の近傍の領域に、該金属層から拡散したリン（Ｐ）を含んでなるｎ型不純物含有領域を有することを特徴とするＳｉＣ半導体装置である。
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８に記載の発明は、ｎ型ＳｉＣ基板と、該ｎ型ＳｉＣ基板上に形成された金属層とを有するＳｉＣ半導体装置であって、前記金属層は、窒素（Ｎ）を含んだチタン（Ｔｉ）からなり、前記ｎ型ＳｉＣ基板は、前記金属層の近傍の領域に、該金属層から拡散した窒素（Ｎ）を含んでなるｎ型不純物含有領域を有することを特徴とするＳｉＣ半導体装置である。
本発明によれば、ｎ型ＳｉＣ基板上に、メッキ法を用いてｎ型の不純物を含む金属層を形成し、この金属層を焼鈍してオーミック電極とすることができる。すなわち、焼鈍時において、ｎ型ＳｉＣ基板における金属層の近傍領域内に、ｎ型の不純物が金属層から拡散してくる。これにより、ｎ型ＳｉＣ基板と金属層との接触抵抗をオーミック接触として充分な値にまで引き下げることができる。したがって、本発明は、電極形成が容易である上に接触抵抗が充分低い良好なオーミック電極を有するＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供することができる。
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ＳｉＣ半導体装置の構造を示す断面図である。本実施形態に係るＳｉＣ半導体装置１０は、ｎ型ＳｉＣ基板１と、ｎ型ＳｉＣ基板１の電極形成領域上に形成された金属層２とを有して構成されている。金属層２は、オーミック電極をなしている。
金属層２は、ｎ型の不純物を含む金属で構成されている。ここで、ｎ型の不純物としては、例えばリン（Ｐ）又は窒素（Ｎ）などが適用できる。ｎ型の不純物を含む金属としては、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）などが適用できる。そして、金属層２としてはリンを含んだニッケルで構成することが好ましい。また、金属層２としては窒素を含んだチタン（チタンナイトライド）で構成してもよい。
ｎ型ＳｉＣ基板１における金属層２の近傍は、金属層２からｎ型ＳｉＣ基板１内へ拡散したｎ型の不純物を含むｎ型不純物含有領域１ａとなっている。すなわち、ｎ型不純物含有領域１ａは、金属層２を焼鈍することで、その金属層２からｎ型ＳｉＣ基板１内へ拡散したｎ型の不純物（リン又は窒素など）を含む領域である。金属層２は、ｎ型不純物含有領域１ａと共にオーミック電極をなしており、その電極としての厚さがあり、電極材料としての取り扱いし易さを有する形状のものとする。
次に、本実施形態に係るＳｉＣ半導体装置１０の製造方法について図１を参照して説明する。先ず、ｎ型ＳｉＣ基板１を用意する。このｎ型ＳｉＣ基板１の電極形成領域側（金属層２側）の面は、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としてもよい。
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１の電極形成領域に、ｎ型の不純物を含む金属層２を形成する。この金属層２の形成は、メッキ法によって行う。例えば、リンの入ったニッケルをメッキ法によりｎ型ＳｉＣ基板１の電極形成領域に堆積することで、金属層２を形成する。また、窒素の入ったチタン（チタンナイトライド）をメッキ法によりｎ型ＳｉＣ基板１の電極形成領域に堆積することで、金属層２を形成してもよい。
次いで、金属層２に対して、焼鈍処理（アニール）を施す。この焼鈍処理は、金属層２が加熱されることにより、その金属層２のｎ型の不純物がｎ型ＳｉＣ基板１の中に拡散する温度以上の温度で行う。この焼鈍処理の具体例としては、例えば９６０℃から１２００℃の範囲で、且つ２分から３０分間の加熱とする。このような焼鈍処理により、ｎ型ＳｉＣ基板１における金属層２の近傍領域には、ｎ型の不純物が充分にドープされ、その近傍領域がｎ型不純物含有領域１ａとなる。これにより、ＳｉＣ半導体装置１０が完成する。
これらにより、本実施形態のＳｉＣ半導体装置１０及びその製造方法によれば、ｎ型ＳｉＣ基板１上に、メッキ法を用いてｎ型の不純物を含む金属層２を形成し、その金属層２を焼鈍することで、金属層２とｎ型ＳｉＣ基板１とを良好にオーミック接触させることができる。この本実施形態の効果について、図２から図４を参照して説明する。
図２は、ｎ型ＳｉＣ基板の電極側表面からの距離（深さ）ｘと、そのｎ型ＳｉＣ基板内における距離ｘでのキャリア濃度ＣＮとの関係を示す図である。図２における点線Ａは、本実施形態のＳｉＣ半導体装置１０におけるｎ型ＳｉＣ基板１の特性を示している。すなわち、実線Ａは、ｎ型ＳｉＣ基板１上にメッキ法によりｎ型の不純物を含む金属層２を形成し、その金属層２を焼鈍した後のｎ型ＳｉＣ基板１（ｎ型不純物含有領域１ａ）の特性を示している。図２における実線Ｂは、従来のＳｉＣ半導体装置におけるｎ型ＳｉＣ基板の特性を示している。すなわち、実線Ｂは、ｎ型ＳｉＣ基板上にニッケルを堆積し、そのニッケルを焼鈍した後のｎ型ＳｉＣ基板の特性である。図２に示すように、本実施形態のｎ型ＳｉＣ基板１における電極近傍のキャリア濃度ＣＮは、従来のＳｉＣ半導体装置のｎ型ＳｉＣ基板のキャリア濃度ＣＮよりも高くなっている。
図３は、ｎ型ＳｉＣ基板とそのｎ型ＳｉＣ基板上の電極との間に所定の電圧を印加したときに、電極側表面からの距離ｘと、その距離ｘでの電界の強さＥとの関係を示す図である。図３における点線Ａは、本実施形態のＳｉＣ半導体装置１０におけるｎ型ＳｉＣ基板１の特性を示している。図３における実線Ｂは、図２の実線Ｂの場合と同様に構成した従来のＳｉＣ半導体装置におけるｎ型ＳｉＣ基板の特性を示している。図３に示すように、本実施形態のｎ型ＳｉＣ基板１では表面からの距離ｘが大きくなると「急峻」に電界の強さが小さくなるが、従来のＳｉＣ半導体装置におけるｎ型ＳｉＣ基板では表面からの距離ｘが大きくなっても「緩やか」に電界の強さが小さくなる。
図４は、ＳｉＣ半導体装置１０におけるバリア幅の短縮効果を示す概念図である。すなわち、図４は、電極（金属層２）側とｎ型ＳｉＣ基板１側との間に形成されるショットキー・バリアのバリア幅Ｂ１，Ｂ２について示している。図４（ａ）は、図２及び図３の実線Ｂの場合と同様に構成した従来のＳｉＣ半導体装置におけるｎ型ＳｉＣ基板の特性を示している。従来のｎ型ＳｉＣ基板は、図２に示すようにキャリア濃度ＣＮが低く、図３に示すように電界の強弱の傾斜が緩やかなので、バリア幅Ｂ１が大きくなっている。したがって、電極側とｎ型ＳｉＣ基板間において電子の移動ｅ１がわずかしか生じず、トンネル電流がわずかしか流れない。したがって、従来のＳｉＣ半導体装置は、電極とｎ型ＳｉＣ基板間の抵抗が大きく良好なオーミック接触とはならない。
図４（ｂ）は、本実施形態のＳｉＣ半導体装置１０におけるｎ型ＳｉＣ基板１におけるショットキー・バリアのバリア幅Ｂ２を示している。ＳｉＣ半導体装置１０は、ｎ型不純物含有領域１ａが形成されており、図２に示すようにキャリア濃度ＣＮが高く、図３に示すように電界の強弱の傾斜が急峻なので、バリア幅Ｂ２が小さくなっている。すなわち、ＳｉＣ半導体装置１０のバリア幅Ｂ２は、従来のＳｉＣ半導体装置のバリア幅Ｂ１と比べて、大幅に小さくなっている。このバリア幅の短縮により、金属層２とｎ型ＳｉＣ基板１間において電子の移動ｅ２がし易くなり、トンネル電流が流れやすい状態となる。したがって、本実施形態のＳｉＣ半導体装置１０は、金属層２とｎ型ＳｉＣ基板１間において、抵抗が充分に小さくなっており、良好なオーミック接触となっている。
また、本実施形態によれば、メッキ法を用いて、ｎ型の不純物を含む金属層２を形成するので、比較的に簡便に金属層２を形成でき、良好なオーミック電極を有するＳｉＣ半導体装置１０を安価に且つ簡便に提供することができる。
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の構造を示す断面図である。図５において、図１に示すＳｉＣ半導体装置の構成要素と同一のものには同一符号を付している。本実施形態のＳｉＣ半導体装置２０Ａにおける第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０との相違点は、金属層２の上層に多層金属層３を設けている点である。その他の構成及び製造方法は第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０と同様である。以下、具体的に説明する。
本ＳｉＣ半導体装置２０Ａは、ｎ型ＳｉＣ基板１と、金属層２と、多層金属層３とを有して構成されている。ここで、ｎ型ＳｉＣ基板１及び金属層２は、それぞれ第１実施形態のｎ型ＳｉＣ基板１及び金属層２と同一のものとする。そして、ｎ型ＳｉＣ基板１内における金属層２の近傍領域は、ｎ型不純物含有領域１ａとなっている。
多層金属層３は、金属層２上に形成されてなる第１の貴金属膜３ａと、第１の貴金属膜３ａ上に形成されてなる耐熱金属膜３ｂと、耐熱金属膜３ｂ上に形成されてなる第２の貴金属膜３ｃとを有して構成されている。
第１の貴金属膜３ａ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３ａ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３ａ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３ａとしては、特にＮｉ又はＮｉ−Ｃｕ合金膜が好ましい。
耐熱金属膜３ｂ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３ｂ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３ｂは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、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３ｂ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３ｂとしては、例えばＴｉを適用する。
第２の貴金属膜３ｃ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３ｃ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３ｃ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３ｃとしては、例えばＮｉ又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を適用する。
次に、ＳｉＣ半導体装置２０Ａの製造方法例について図５を参照して説明する。ｎ型ＳｉＣ基板１上に、金属層２を第１実施形態と同様にしてメッキ法で堆積する。次いで、第１実施形態と同様にして金属層２を焼鈍する。ただし、この焼鈍は行わずに、金属層２上に多層金属層３を形成してから、金属層２及び多層金属層３を焼鈍してもよい。
すなわち、ｎ型ＳｉＣ基板１上に金属層２を形成した後に、その金属膜２上に、Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を蒸着することで、第１の貴金属膜３ａを形成する。次いで、第１の貴金属膜３ａ上に、Ｔｉを蒸着することで、耐熱金属膜３ｂを形成する。次いで、耐熱金属膜３ｂ上に、Ｎｉ膜又はＮｉ−Ｃｕ合金膜を蒸着することで、第２の貴金属膜３ｃを形成する。次いで、この状態において、９６０℃から１０００℃までの範囲で、多層金属層３及び金属層２に対して加熱処理（焼鈍）する。この加熱処理としては、例えば真空中において１０００℃で２分間の加熱処理を行う。これにより、金属層２の不純物がｎ型ＳｉＣ基板１に拡散してｎ型不純物含有領域１ａを形成すると共に、第１の貴金属膜３ａ、耐熱金属膜３ｂ及び第２の貴金属膜３ｃは多層金属層３となって、金属層２及び多層金属層３はｎ型ＳｉＣ基板１と確実にオーミック接触し、図５に示すＳｉＣ半導体素子２０Ａが完成する。
これらにより、本実施形態のＳｉＣ半導体装置２０Ａ及びその製造方法によれば、金属層２及び多層金属層３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、焼鈍処理において、ｎ型ＳｉＣ基板１と金属層２又は第１の貴金属膜３ａ（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３ｂ（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、ｎ型ＳｉＣ基板１に対してより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３ｃを最表面層としているので、金属層２及び多層金属層３に酸が侵入することを第２の貴金属膜３ｃにより大幅に低減でき、金属層２及び多層金属層３が腐食することを回避できる。
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の構造を示す断面図である。図６において、図１に示すＳｉＣ半導体装置の構成要素と同一のものには同一符号を付している。本実施形態のＳｉＣ半導体装置２０Ｂにおける第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０との相違点は、ｎ型ＳｉＣ基板１と金属層２との間に、エピタキシャル層（ｎ＋＋型ＳｉＣ）１１が設けられている点である。したがって、金属層２は、そのエピタキシャル層１１上に設けられている。また、ｎ型不純物含有領域１ａは、エピタキシャル層１１に形成されている。本ＳｉＣ半導体装置２０Ｂは、ｎ型ＳｉＣ基板１と、エピタキシャル層１１と、金属層２とを有する。エピタキシャル層１１内における金属層２の近傍領域は、ｎ型不純物含有領域１ａとなっている。
エピタキシャル層１１は、エピタキシャル法で形成されたものである。そして、エピタキシャル層１１は、ｎ型ＳｉＣ基板１よりも高濃度に不純物を含んだｎ型の低抵抗ＳｉＣである。これにより、エピタキシャル層１１の比抵抗［Ω−ｃｍ］は、ｎ型ＳｉＣ基板１の比抵抗［Ω−ｃｍ］よりも小さい。エピタキシャル層１１の不純物濃度は、例えば８×１０１８〜７×１０２０［ｃｍ―３］の範囲とする。これは、良好なオーミック接触の形成と製造上の制限とによるものである。
エピタキシャル層１１の不純物（固溶限）としては、例えば、Ｎ（窒素）、Ｐ（燐）、Ａｓ（砒素）、Ｓｂ（アンチモン）などが挙げられる。これらのＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを合わせてエピタキシャル法を行うことで、非常に高い不純物濃度を得ることができ、エピタキシャル層１１の比抵抗をより低減することができる。これは、ＳｉＣの不純物濃度を上げるほど、そのＳｉＣの比抵抗［Ω−ｃｍ］が低くなるからである。エピタキシャル層１１の不純物濃度は、例えばＮ：６．５×１０２０［ｃｍ―３］と、Ｐ：４．８×１０１８［ｃｍ―３］と、Ａｓ：５×１０１６［ｃｍ―３］と、Ｓｂ：８．０×１０１６［ｃｍ―３］とを合わせたものとする。
さらに、エピタキシャル層１１は、エピタキシャル層１１自身及びｎ型ＳｉＣ基板１などで「反り」が生じることを回避するために、なるべく薄いことが好ましい。エピタキシャル層１１の厚みは、例えば０．０１μｍ〜５０μｍまでの範囲とする。また、製造容易性の観点などから、エピタキシャル層１１の厚みは０．１μｍ〜１μｍまでの範囲としてもよい。
次に、ＳｉＣ半導体装置２０Ｂの製造方法について説明する。先ず、ｎ型ＳｉＣ基板１の電極形成面に、エピタキシャル層１１をエピタキシャル法で形成する。次いで、エピタキシャル層１１の電極形成領域上に、メッキ法により金属層２を堆積する。
次いで、金属膜２に対して第１実施形態と同様に焼鈍を施す。これにより、金属層２内のリンなどのｎ型不純物がエピタキシャル層１１に導入され、そのエピタキシャル層１１内にｎ型不純物含有領域１ａが形成される。これにより、金属層２は、エピタキシャル層１１にオーミック接触した電極となり、ＳｉＣ半導体装置２０Ｂが完成する。
これらにより、本実施形態のＳｉＣ半導体装置２０Ｂ及びその製造方法によれば、ｎ型ＳｉＣ基板１上に、不純物濃度が高く比抵抗の小さいエピタキシャル層１１を形成し、このエピタキシャル層１１上にｎ型の不純物を含む金属層２を形成している。したがって、本実施形態は、簡便な製造工程を用いて、ｎ型ＳｉＣ基板１と金属層２間において、さらに低抵抗で良好なオーミック接触を、容易に得ることができる。また、本実施形態によれば、ｎ型ＳｉＣ基板１の反りの発生を抑えながら、良好なオーミック接触を得ることができる。
また、本ＳｉＣ半導体装置２０Ｂでは、イオン注入ではなく、エピタキシャル法によって不純物濃度の高いエピタキシャル層１１を形成している。これにより、本実施形態によれば、所望の不純物濃度及び厚みをもつエピタキシャル層１１を簡便に形成することができる。また本実施形態では、イオン注入欠陥が残留することもないので、簡便に且つ効果的に、ｎ型ＳｉＣ基板１上に低抵抗なオーミック接触を得ることができる。
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の構造を示す断面図である。図７において、図１に示すＳｉＣ半導体装置の構成要素と同一のものには同一符号を付している。本実施形態のＳｉＣ半導体装置２０Ｃにおける第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０との相違点は、ｎ型ＳｉＣ基板１’の電極形成領域が凸凹Ｇに荒らされている点である。したがって、金属層２からなるオーミック電極は、凸凹Ｇに荒らされたｎ型ＳｉＣ基板１’の電極形成領域上に設けられている。本ＳｉＣ半導体装置２０Ｃは、ｎ型ＳｉＣ基板１’と、金属層２とを有する。ｎ型ＳｉＣ基板１’内における金属層２の近傍領域は、ｎ型不純物含有領域１ａとなっている。
次に、ＳｉＣ半導体装置２０Ｃの製造方法について説明する。先ず、ｎ型ＳｉＣ基板１’を用意する。次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１’の電極形成領域側の面について、所定の粗さに荒らし、凸凹Ｇを形成する。この荒らす工程は、サンドブラスト、グラインディング、ラッピング、レーザー照射のいずれかを用いて行う。また、荒らす工程は、ｎ型ＳｉＣ基板１’の電極形成領域側の面に熱酸化膜を形成し、その後、熱酸化膜を除去することで、行ってもよい。
次いで、凸凹Ｇに荒らされたｎ型ＳｉＣ基板１’の電極形成領域上に、メッキ法により金属層２を堆積する。次いで、金属膜２に対して、第１実施形態と同様に焼鈍を施す。これにより、金属層２内のリンなどのｎ型不純物がｎ型ＳｉＣ基板１’内に導入されると共に、ｎ型ＳｉＣ基板１’と金属層２との間に、シリサイド層（図示せず）が形成される。そして、シリサイド層及び金属層２は、ｎ型ＳｉＣ基板１’にオーミック接触した電極となり、ＳｉＣ半導体装置２０Ｃが完成する。
これらにより、本実施形態のＳｉＣ半導体装置２０Ｃ及びその製造方法によれば、焼鈍時にｎ型不純物をｎ型ＳｉＣ基板１’に導入すると共に、ｎ型ＳｉＣ基板１’の凸凹Ｇな面に電極（金属層２）を形成している。したがって、本実施形態によれば、ｎ型ＳｉＣ基板１’に対してさらに低抵抗で良好なオーミック接触を得ることができる。
また、本実施形態の製造方法においては、上記「荒らす工程」の前に、ｎ型ＳｉＣ基板１’にデバイスを形成する工程を行うことが好ましい。このようにすると、荒らす工程又は電極を形成する工程によって汚染が発生する前に、ｎ型ＳｉＣ基板１’にデバイスを形成でき、デバイス形成時の汚染防止及び素子へのダメージ付与の回避とｎ型ＳｉＣ基板１’に対する電極のオーミック接触向上とを図ることが容易にできる。
（応用例）
次に、上記実施形態の応用例について図８及び図９を参照して説明する。
図８は、上記実施形態のＳｉＣ半導体装置１０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ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から第４実施形態の金属層２で構成されているものとする。ｎ＋型ＳｉＣ層３１は、第１から第４実施形態のｎ型ＳｉＣ基板１，１’に相当するものである。すなわち、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の裏面に形成されており、上記第１から第４実施形態のいずれかの電極で構成されている。第１実施形態を適用する場合は、例えば、ｎ＋型ＳｉＣ層３１の裏面に、金属層２をメッキ法で堆積し、これを焼鈍したものを、裏面オーミック電極３４とする。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９は、上記実施形態のＳｉＣ半導体装置１０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ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８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から第４実施形態のいずれかの電極で構成されている。
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１０から図１４を参照して説明する。図１０から図１４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１０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１１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、ＳｉＯ２をＣＶＤによって堆積する。次いで、写真工程により、ＳｉＯ２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ＳｉＯ２をエッチングすることにより、ＳｉＯ２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１２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から第４実施形態の電極（すなわち、金属層２）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、例えば図１に示す第１実施形態の製造方法を用いて、ｎ＋型ＳｉＣ層４１の裏面上に金属層２（例えばＰを含んだＮｉ）を堆積する。その後、真空中において１０００℃で加熱処理する。これにより、金属層２からｎ＋型ＳｉＣ層４１へ不純物（例えばＰ）が導入され、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１３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１４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３４，４４に、第１から第４実施形態のいずれかの電極を適用しているので、簡便な製造工程により、裏面オーミック電極３４，４４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、従来のＳｉＣショットーダイオードと比較して、製造が容易であって、簡便に高性能化を図ることができる。ここで、高性能化としては、オン抵抗の低減及び高速動作化などが挙げられる。
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。
本発明に係るＳｉＣ半導体装置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ＳｉＣ半導体装置の構造を示す断面図である。 ｎ型ＳｉＣ基板の表面からの距離とキャリア濃度との関係を示す図である。 ｎ型ＳｉＣ基板の表面からの距離と電界の強さとの関係を示す図である。 ＳｉＣ半導体装置におけるバリア幅を示す概念図である。 本発明の第２実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の構造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
１，１’…ｎ型ＳｉＣ基板、１ａ…ｎ型不純物含有領域、２…金属層、１０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…ＳｉＣ半導体装置

Claims (8)

  1. ｎ型ＳｉＣ基板の電極形成領域上に、メッキ法によって、ｎ型の不純物を含む金属層を形成し、
    前記金属層に対して、焼鈍処理を施すことを特徴とするＳｉＣ半導体装置の製造方法。
  2. 前記金属層は、前記ｎ型の不純物を含むニッケルからなることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
  3. 前記ｎ型の不純物は、リンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
  4. 前記金属層は、前記ｎ型の不純物を含むチタンからなることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
  5. 前記ｎ型の不純物は、窒素であることを特徴とする請求項１又は４に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
  6. 前記焼鈍処理は、前記金属層が加熱されることにより、該金属層のｎ型の不純物が前記ｎ型ＳｉＣ基板の中に拡散する温度以上の温度で、行う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ＳｉＣ半導体装置の製造方法。
  7. ｎ型ＳｉＣ基板と、該ｎ型ＳｉＣ基板上に形成された金属層とを有するＳｉＣ半導体装置であって、
    前記金属層は、リンを含んだニッケルからなり、
    前記ｎ型ＳｉＣ基板は、前記金属層の近傍の領域に、該金属層から拡散したリンを含んでなるｎ型不純物含有領域を有することを特徴とするＳｉＣ半導体装置。
  8. ｎ型ＳｉＣ基板と、該ｎ型ＳｉＣ基板上に形成された金属層とを有するＳｉＣ半導体装置であって、
    前記金属層は、窒素を含んだチタンからなり、
    前記ｎ型ＳｉＣ基板は、前記金属層の近傍の領域に、該金属層から拡散した窒素を含んでなるｎ型不純物含有領域を有することを特徴とするＳｉＣ半導体装置。
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