JP2006073923A - ＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 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１ａの電極形成領域上に、該ｎ型ＳｉＣ基板１ａの導電型と同一の導電型（ｎ型）の不純物を有してなる不純物拡散源層２ａを形成し、不純物拡散源層２ａ上に、Ｎｉなどの金属からなる金属層３を形成し、不純物拡散源層２ａ及び金属層３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。

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。さらに、特許文献１では、ｎ型ＳｉＣ基板に対するオーミック電極のみ記載されており、ｐ型ＳｉＣ基板に対するオーミック電極については何ら開示していない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、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。
また、本発明は、ｎ型ＳｉＣ基板のみならずｐ型ＳｉＣ基板に対しても、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、ＳｉＣ基板の電極形成領域上に、該ＳｉＣ基板の導電型と同一の導電型の不純物を有してなる不純物拡散源層を形成し、前記不純物拡散源層上に、金属からなる金属層を形成し、前記不純物拡散源層及び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ＳｉＣ基板の導電型がｎ型であり、前記不純物拡散源層の不純物は、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂのいずれかと、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方であることを特徴とする。

請求項３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ＳｉＣ基板の導電型がｐ型であり、前記不純物拡散源層の不純物は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかと、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方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から３のいずれかに記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法において、前記金属層が、Ｎｉからなる層と、Ｎｉ層を含む複数の金属層が積層された多層金属層と、のうちの一方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から４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、該焼鈍処理によって、前記不純物拡散源層の不純物が前記ＳｉＣ基板にドープされて、該ＳｉＣ基板と前記金属層との間におけるバリア幅を所定値よりも狭くする温度で、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６に記載の発明は、ＳｉＣ基板と、該ＳｉＣ基板上に形成されたオーミック電極とを有するＳｉＣ半導体装置であって、前記オーミック電極は、前記ＳｉＣ基板の導電型と同一の導電型の不純物を有してなる不純物拡散源層と、該不純物拡散源層上に積層された金属からなる金属層とを有してなることを特徴とするＳｉＣ半導体装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のＳｉＣ半導体装置において、前記ＳｉＣ基板の導電型がｎ型であり、前記不純物拡散源層の不純物は、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂのいずれかと、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方であり、前記金属層は、Ｎｉからなる層と、Ｎｉ層を含む複数の金属層が積層された多層金属層と、のうちの一方であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のＳｉＣ半導体装置において、前記ＳｉＣ基板の導電型がｐ型であり、前記不純物拡散源層の不純物は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかと、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方であり、前記金属層は、Ｎｉからなる層と、Ｎｉ層を含む複数の金属層が積層された多層金属層と、のうちの一方であることを特徴とする。

本発明によれば、ＳｉＣ基板上に、そのＳｉＣ基板と同一の導電型の不純物を有してなる不純物拡散源層を形成し、その不純物拡散源層上に金属層を形成し、焼鈍処理を施す。この焼鈍により、不純物拡散源層の不純物がＳｉＣ基板へ高濃度に導入される。すると、金属層からなる電極とＳｉＣ基板とのバリア幅（バンドギャップ）が狭まる。バリア幅が狭くなると、トンネル電流をより多く流すことができる。したがって本発明は、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することができる。また、本発明は、ｎ型ＳｉＣ基板のみならずｐ型ＳｉＣ基板に対しても、低抵抗で良好なオーミック電極を容易に形成することができる。

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。ＳｉＣ半導体装置１０Ａは、ｎ型ＳｉＣ基板１ａと、不純物拡散源層２ａと、金属層３とを有して構成されている。不純物拡散源層２ａ及び金属層３は、オーミック電極をなしている。

不純物拡散源層２ａは、ｎ型ＳｉＣ基板１ａの電極形成領域上に形成されている。そして、不純物拡散源層２ａは、ｎ型の不純物を有してなるものである。不純物拡散源層２ａの不純物としては、例えば、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂのいずれかとすることができる。また、不純物拡散源層２ａの不純物としては、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂのうちの２つ以上の化合物であってもよい。また不純物拡散源層２ａは、上記不純物のみからなるものとしてもよい。

金属層３は、不純物拡散源層２ａ上に形成されており、金属からなる層である。金属層３は、例えばＮｉで構成する。また、金属層３は、ＮｉからなるＮｉ層を含む複数の金属層が積層された多層金属層としてもよい。また、金属層３は、Ｗ、Ｃｏなどで構成されているものとしてもよい。金属層３は、不純物拡散源層２ａ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ものとする。

次に、本実施形態に係るＳｉＣ半導体装置１０Ａ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１ａを用意する。このｎ型ＳｉＣ基板１ａの電極形成領域側の面は、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ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１ａの電極形成領域に、不純物拡散源層２ａを形成する。この不純物拡散源層２ａの形成では、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、スピンコートなどの塗布・コーティング法、物理気相成長法などを用いることができる。物理気相成長法としては、スパッタリング法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、イオンプレーティング法などが挙げられる。

次いで、不純物拡散源層２ａ上に、金属層３（例えばＮｉ）を形成する。この金属層３の形成は、物理気相成長法を用いて行うことができ、化学気相成長法又は塗布・コーティング法などで行ってもよい。

次いで、不純物拡散源層２ａ及び金属層３に対して焼鈍（アニール）を施す。この焼鈍は、不純物拡散源層２ａの不純物がｎ型ＳｉＣ基板１ａに充分にドープされて、ｎ型ＳｉＣ基板１ａと金属層３（不純物拡散源層２ａを含む）との間におけるバリア幅を所定値よりも狭くする温度で、行う。この焼鈍としては、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。この焼鈍により、ＳｉＣ半導体装置１０Ａが完成する。

図３は、ＳｉＣ半導体装置１０Ａにおける上記焼鈍（不純物拡散）によるバリア幅の短縮効果を示す概念図である。すなわち、図３は、金属層３（例えばＮｉ）側とｎ型ＳｉＣ基板１ａ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３（ａ）は、焼鈍前におけるショットキー・バリアのバリア幅Ｂ１を示している。焼鈍前においては、バリア幅Ｂ１が大きいので、金属層３とｎ型ＳｉＣ基板１ａ間において電子の移動ｅ１がほとんど生じず、トンネル電流がほとんど流れない。したがって、焼鈍前は、金属層３とｎ型ＳｉＣ基板１ａ間の抵抗が大きくオーミック接触とはならない。

図３（ｂ）は、焼鈍後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。焼鈍により、金属層３とｎ型ＳｉＣ基板１ａ間のショットキー・バリアのバリア幅Ｂ２が、焼鈍前のバリア幅Ｂ１と比べて、大幅に小さくなっている。これは、焼鈍により、不純物拡散源層２ａの不純物がｎ型ＳｉＣ基板１ａに拡散し、ｎ型ＳｉＣ基板１ａにおける不純物拡散源層２ａの近傍の不純物濃度が上昇したからである。このバリア幅の短縮により、金属層３とｎ型ＳｉＣ基板１ａ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、焼鈍後は、金属層３とｎ型ＳｉＣ基板１ａ間において、抵抗が充分に小さくなり、良好なオーミック接触となる。

これらにより、本実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａ及びその製造方法によれば、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ上に、そのｎ型ＳｉＣ基板１ａと同一の導電型の不純物を有してなる不純物拡散源層２ａを形成し、その不純物拡散源層２ａ上に金属層３を形成し、焼鈍処理を施す。そこで、本実施形態によれば、簡便な製造工程を用いて、ｎ型ＳｉＣ基板１ａと金属層３間において、トンネル電流を大量に流すことができ、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。

（第２実施形態）
図２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２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１０Ｂと第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａとの相違点は、ＳｉＣ基板の導電型がｐ型である点と、不純物拡散源層の不純物の導電型がｐ型である点である。

すなわち、ＳｉＣ半導体装置１０Ｂは、ｐ型ＳｉＣ基板１ｂと、不純物拡散源層２ｂと、金属層３とを有して構成されている。不純物拡散源層２ｂは、ｐ型ＳｉＣ基板１ｂの電極形成領域上に形成されている。そして、不純物拡散源層２ｂは、ｐ型の不純物を有してなるものである。不純物拡散源層２ｂの不純物としては、例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかとすることができる。また、不純物拡散源像２ｂの不純物としては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちの２つ以上の化合物であってもよい。金属層３は、不純物拡散源層２ｂ上に形成されており、第１実施形態の金属層３と同一のものとする。

本実施形態に係るＳｉＣ半導体装置１０Ｂは、第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａの製造方法と同様にして製造することができる。すなわち、ｐ型ＳｉＣ基板１ｂ上に不純物拡散源層２ｂを堆積させ、その不純物拡散源層２ｂ上に金属層３を堆積させる。この堆積は、第１実施形態における不純物拡散源層２ａ及び金属層３の堆積方法と同様にして行うことができる。その後、不純物拡散源層２ｂ及び金属層３に対して焼鈍処理を施す。

この焼鈍処理は、不純物拡散源層２ｂの不純物がｐ型ＳｉＣ基板１ｂに充分にドープされて、ｐ型ＳｉＣ基板１ｂと金属層３（不純物拡散源層２ａを含む）との間におけるバリア幅を所定値よりも狭くする温度で、行う。この焼鈍としては、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。この焼鈍により、ＳｉＣ半導体装置１０Ｂが完成する。そして、上記焼鈍により、第１実施形態と同様に、図３に示すように、金属層３（例えばＮｉ）側とｐ型ＳｉＣ基板１ｂ側との間に形成されるショットキー・バリアのバリア幅が短縮される。

これらにより、本実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ｂ及びその製造方法によれば、簡便な製造工程を用いて、ｐ型ＳｉＣ基板１ｂと金属層３間において、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。

（第３実施形態）
図４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４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と第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａとの相違点は、金属層３の構造とその金属層３の製造方法である。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１０Ａ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１ａと、不純物拡散源層２ａと、金属層３’とを有して構成されている。ここで、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ及び不純物拡散源層２ａは、それぞれ第１実施形態のｎ型ＳｉＣ基板１ａ及び不純物拡散源層２ａと同一のものとする。

金属層３’は、不純物拡散源層２ａ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４を参照して説明する。ｎ型ＳｉＣ基板１ａ上に、不純物拡散源２ａを第１実施形態と同様にして堆積する。次いで、不純物拡散源層２ａ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、不純物拡散源層２ａの不純物がｎ型ＳｉＣ基板１ａに拡散すると共に、第１の貴金属膜３ａ、耐熱金属膜３ｂ及び第２の貴金属膜３ｃは金属層３’となって、ｎ型ＳｉＣ基板１ａと確実にオーミック接触し、図４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３’をなす第１の貴金属膜３ａ、耐熱金属膜３ｂ及び第２の貴金属膜３ｃとｎ型ＳｉＣ基板１ａ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１ａと第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１ａ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を金属層３’の最表面層としているので、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３’が腐食することを回避できる。また、本実施形態は、第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａについて、金属層３を第１の貴金属膜３ａ、耐熱金属膜３ｂ及び第２の貴金属膜３ｃの多層金属層にしたものである。本実施形態の変形例としては、第２実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ｂについて、金属層３を第１の貴金属膜３ａ、耐熱金属膜３ｂ及び第２の貴金属膜３ｃの多層金属層にしたものを挙げることができる。

（第４実施形態）
図５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２０Ｂと第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａとの相違点は、ｎ型ＳｉＣ基板１ａと不純物拡散源層２ａ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、不純物拡散源層２ａ及び金属層３からなるオーミック電極は、そのエピタキシャル層１１上に設けられている。本ＳｉＣ半導体装置２０Ｂは、ｎ型ＳｉＣ基板１ａと、エピタキシャル層１１と、不純物拡散源層２ａと、金属層３とを有する。

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１ａ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１ａ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８×１０^１８〜７×１０^２０［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：６．５×１０^２０［ｃｍ^―３］と、Ｐ：４．８×１０^１８［ｃｍ^―３］と、Ａｓ：５×１０^１６［ｃｍ^―３］と、Ｓｂ：８．０×１０^１６［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１ａ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の電極形成領域に、不純物拡散源層２ａをＣＶＤ法などで堆積する。次いで、不純物拡散源層２ａ上に、金属層３（例えばＮｉ）をＣＶＤ法などで堆積する。

次いで、不純物拡散源層２ａ及び金属膜３に対して第１実施形態と同様に焼鈍を施す。これにより、不純物拡散源層２ａの不純物がエピタキシャル層１１に導入されると共に、エピタキシャル層１１と不純物拡散源層２ａ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、不純物拡散源層２ａ及び金属層３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１ａ上に、不純物濃度の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上にオーミック電極（不純物拡散源層２ａ及び金属層３）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１ａと金属層３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１ａ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１ａ上に低抵抗なオーミック接触を得ることができる。

また、本実施形態は、第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａについて、ｎ型ＳｉＣ基板１ａと不純物拡散源層２ａとの間にエピタキシャル層１１を配置したものである。本実施形態の変形例としては、第２実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ｂについて、ｐ型ＳｉＣ基板１ｂと不純物拡散源層２ｂとの間にエピタキシャル層１１を配置したものを挙げることができる。

（第５実施形態）
図６は、本発明の第５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２０Ｃと第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０との相違点は、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ’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、不純物拡散源層２ａ及び金属層３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１ａ’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１ａ’と、不純物拡散源層２ａと、金属層３とを有する。

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１ａ’を用意する。次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ’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１ａ’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１ａ’の電極形成領域に不純物拡散源層２ａを形成し、不純物拡散源層２ａ上に金属膜３を形成する。これらの不純物拡散源層２ａ及び金属膜３の形成は、第１実施形態の製造方法と同様に、蒸着などで行う。次いで、不純物拡散源層２ａ及び金属膜３に対して、第１実施形態と同様に焼鈍を施す。これにより不純物拡散源層２ａの不純物がｎ型ＳｉＣ基板１ａ’に導入されると共に、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ’と不純物拡散源層２ａ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、不純物拡散源層２ａ及び金属層３は、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ’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、焼鈍時に不純物をｎ型ＳｉＣ基板１ａ’に導入すると共に、ｎ型ＳｉＣ基板１ａ’の凸凹Ｇな面に電極（不純物拡散源層２ａ及び金属層３）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１ａ’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１ａ’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１ａ’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１ａ’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。

また、本実施形態は、第１実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａについて、ｎ型ＳｉＣ基板１ａの電極形成領域を荒らし、その荒れた面上に不純物拡散源層２ａ及び金属層３を形成したものである。本実施形態の変形例としては、第２実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ｂについて、ｐ型ＳｉＣ基板１ｂの電極形成領域を荒らし、その荒れた面上に不純物拡散源層２ｂ及び金属層３を形成したものを挙げることができる。

（応用例）
次に、上記実施形態の応用例について図７及び図８を参照して説明する。
図７は、上記実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａ，１０Ｂ，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５実施形態の不純物拡散源層２ａ，２ｂと金属層３，３’とシリサイド層とで構成されているものとする。ｎ^＋型ＳｉＣ層３１は、第１から第５実施形態のｎ型ＳｉＣ基板１ａ，１ａ’（又はｐ型ＳｉＣ基板１ｂ）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５実施形態のいずれかの電極で構成されている。なお、第２実施形態の電極を適用する場合は、ｎ^＋型ＳｉＣ層３１、ｎ⁻型ＳｉＣ層３２及びｐ型ＳｉＣ層３３の導電型を逆の導電型にする。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、不純物拡散源層２ａと金属層３とを積層し、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８は、上記実施形態のＳｉＣ半導体装置１０Ａ，１０Ｂ，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７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５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９から図１３を参照して説明する。図９から図１３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９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１０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１１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５実施形態の電極（すなわち、不純物拡散源層２ａ，２ｂと金属層３，３’の積層構造とシリサイド層）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の裏面に、不純物拡散源層２ａを堆積し、その不純物拡散源層２ａ上に金属層３（Ｎｉ膜）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、不純物拡散源層２ａからｎ^＋型ＳｉＣ層４１へ不純物が導入され、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１２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１３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５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。 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。 焼鈍（不純物拡散）によるバリア幅の短縮効果を示す概念図である。 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。 本発明の第５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

１ａ，１ａ’…ｎ型ＳｉＣ基板、１ｂ…ｐ型ＳｉＣ基板、２ａ，２ｂ…不純物拡散源層、３，３’…金属層、１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…ＳｉＣ半導体装置

Claims (8)

1. ＳｉＣ基板の電極形成領域上に、該ＳｉＣ基板の導電型と同一の導電型の不純物を有してなる不純物拡散源層を形成し、
   前記不純物拡散源層上に、金属からなる金属層を形成し、
   前記不純物拡散源層及び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ＳｉＣ基板の導電型は、ｎ型であり、
   前記不純物拡散源層の不純物は、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂのいずれかと、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方であ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ＳｉＣ基板の導電型は、ｐ型であり、
   前記不純物拡散源層の不純物は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかと、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方であ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。
4. 前記金属層は、Ｎｉからなる層と、Ｎｉ層を含む複数の金属層が積層された多層金属層と、のうちの一方からなる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ＳｉＣ半導体装置の製造方法。
5. 前記焼鈍処理は、該焼鈍処理によって、前記不純物拡散源層の不純物が前記ＳｉＣ基板にドープされて、該ＳｉＣ基板と前記金属層との間におけるバリア幅を所定値よりも狭くする温度で、行う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ＳｉＣ半導体装置の製造方法。
6. ＳｉＣ基板と、該ＳｉＣ基板上に形成されたオーミック電極とを有するＳｉＣ半導体装置であって、
   前記オーミック電極は、前記ＳｉＣ基板の導電型と同一の導電型の不純物を有してなる不純物拡散源層と、該不純物拡散源層上に積層された金属からなる金属層とを有してなることを特徴とするＳｉＣ半導体装置。
7. 前記ＳｉＣ基板の導電型は、ｎ型であり、
   前記不純物拡散源層の不純物は、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂのいずれかと、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方であり、
   前記金属層は、Ｎｉからなる層と、Ｎｉ層を含む複数の金属層が積層された多層金属層と、のうちの一方であることを特徴とする請求項６に記載のＳｉＣ半導体装置。
8. 前記ＳｉＣ基板の導電型は、ｐ型であり、
   前記不純物拡散源層の不純物は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかと、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎにおける２つ以上の化合物と、のうちの一方であり、
   前記金属層は、Ｎｉからなる層と、Ｎｉ層を含む複数の金属層が積層された多層金属層と、のうちの一方であることを特徴とする請求項６に記載のＳｉＣ半導体装置。
   

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