JP2010062524A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】炭化珪素半導体基板と電極膜との間のコンタクト抵抗が低く、炭化珪素半導体基板から電極膜が剥離しにくい炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】ｐ型炭化珪素エピタキシャル層３の表面層に、ｐ+コンタクト領域６を形成する。炭化珪素半導体基板の表面にパッシベーション膜８を形成し、ｐ+コンタクト領域６上のパッシベーション膜８を除去する。ついで、炭化珪素半導体基板の表面に、第１のニッケル膜９、第２のチタン膜１０、第３のニッケル膜１１を順次積層する。ついで、エッチングにより、ｐ+コンタクト領域６上にのみ、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０を残す。ついで、熱処理を行い、ニッケルシリサイドおよびチタンカーバイドからなるコンタクト電極を形成する。ニッケル膜のエッチングには、酸系薬液を用いる。チタン膜のエッチングには、アンモニア水もしくは過酸化水素水を用いる。
【選択図】図５
【解決手段】ｐ型炭化珪素エピタキシャル層３の表面層に、ｐ+コンタクト領域６を形成する。炭化珪素半導体基板の表面にパッシベーション膜８を形成し、ｐ+コンタクト領域６上のパッシベーション膜８を除去する。ついで、炭化珪素半導体基板の表面に、第１のニッケル膜９、第２のチタン膜１０、第３のニッケル膜１１を順次積層する。ついで、エッチングにより、ｐ+コンタクト領域６上にのみ、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０を残す。ついで、熱処理を行い、ニッケルシリサイドおよびチタンカーバイドからなるコンタクト電極を形成する。ニッケル膜のエッチングには、酸系薬液を用いる。チタン膜のエッチングには、アンモニア水もしくは過酸化水素水を用いる。
【選択図】図５
Description
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関し、特に、高耐圧縦型半導体装置の製造方法に関する。
単結晶炭化珪素（以下、ＳｉＣとする）は、単結晶シリコン（Ｓｉ）と比べてバンドギャップが広く、絶縁破壊に至る電界強度が大きいという特徴を有している。そのため、ＳｉＣ基板を用いることにより、Ｓｉ基板を用いる場合に比べて低オン抵抗および高耐圧な半導体装置を作製することができる。特に、高耐圧半導体装置において、主流のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を、より電力損失の少ないＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に置き換えることが期待されている。
また、半導体装置から電流を取り出す領域として、半導体基板のおもて面や裏面に金属電極が形成される。応用装置の低損失化を目指すにあたって、この金属電極と半導体基板との間のコンタクト抵抗は無視できない要素となってくる。そのため、半導体基板と金属電極の接合は、低いコンタクト抵抗を有するオーミック接合である必要がある。
そこで、ＳｉＣ基板にオーミック接合を形成するために広く活用されている方法としては、基板表面上のシリコン酸化膜以外の部分にニッケル膜のパターンを形成し、１０００℃以上の熱処理を行った後、ニッケル膜上からシリコン酸化膜上にかけて第２の金属膜のパターンを形成する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
上述した特許文献１の技術では、ｎ型ＳｉＣ半導体において、電極材料として、例えばニッケルを用いることで、高濃度にイオン注入されたｎ型ＳｉＣ領域（＞１０19ｃｍ-3）の表面で１０-6Ω・ｃｍ2以下の低いコンタクト抵抗値を示すことが知られている。つまり、応用装置への実用化において、電極材料としてニッケルを用いたｎ型ＳｉＣ半導体は極めて有望であるといえる。しかしながら、上述した特許文献１の技術では、熱処理に際し、ニッケルとＳｉＣ基板中のシリコンとが結合してニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）を生成する。そのため、ＳｉＣ基板中の余った炭素（Ｃ：以下、遊離炭素とする）は、グラファイトを形成し、コンタクト電極の内部や表面に析出してしまう。グラファイトの析出は、コンタクト抵抗の増大や、ＳｉＣ基板とコンタクト電極との間の密着性の低下などの問題を招くことが知られている。
このような問題に対する解決策の一つとして、ＳｉＣを用いた半導体テバイスにおいて、オーミック電極の材質を、炭化物（カーバイド）を形成し易い金属とニッケルとの合金としたことを特徴とするＳｉＣ半導体デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。
また、別の方法として、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置の製造方法であって、前記ＳｉＣ基板の表面に、第２金属からなる層を形成する第２金属層形成工程と、前記第２金属層上に、第１金属からなる層を形成する第１金属層形成工程と、前記第２金属層／前記第１金属層が形成されたＳｉＣ基板を、６００℃以上で熱処理する熱処理工程とを有してなり、前記第１金属が、ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル合金であり、前記第２金属が、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）であることを特徴とする半導体装置の製造方法が提案されている（例えば、下記特許文献３参照）。
また、オーミック電極を形成するための熱処理方法として、炭化珪素半導体基板上に形成されたｎ型炭化珪素エピタキシャル層上にオーミック電極用金属を形成した後、窒素ガス（Ｎ2）中で９００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を施し、オーミック接触をとる方法が提案されている（例えば、下記特許文献４参照）。
また、別の熱処理方法として、ｐ型ＳｉＣ半導体において、電極材料としてチタンおよびアルミニウムを用いる方法が提案されている（例えば、下記非特許文献１参照）。
また、上述した高濃度にイオン注入されたｎ型ＳｉＣ領域と同様に、高濃度にイオン注入されたｐ型ＳｉＣ領域（＞１０19ｃｍ-3）においても、電極材料としてニッケルを用いた金属電極との接合において、良好なオーミック接合を形成することができ、低いコンタクト抵抗値を示すことが公知である。
ジェイ・クロフトン（Ｊ．Ｃｒｏｆｔｏｎ）、外５名、チタニウム アンド アルミナムチタニウム オーミック コンタクツ トゥー ピータイプ エスアイシー（ＴＩＴＡＮＩＵＭ ＡＮＤ ＡＬＵＭＩＮＵＭ−ＴＩＴＡＮＩＵＭ ＯＨＭＩＣ ＣＯＮＴＡＣＴＳ ＴＯ ｐ−ＴＹＰＥ ＳｉＣ）、（英国）、ソリッド ステート エレクトロニクス（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、１９９７年、第４１巻、第１１号、ｐ．１７２５〜１７２９
しかしながら、実際の半導体装置ではＳｉＣ基板上に金属膜を部分的に設けることになるが、上述した特許文献２または３に記載された技術では、実際の半導体装置に即した電極パターンの形成方法について明示されていない。ＳｉＣ基板の表面に蒸着された電極材料の金属膜（以下、電極膜とする）に電極パターンを形成するには、従来、リフトオフ法やウェットエッチング法が用いられている。リフトオフ法は、フォトレジストで電極の逆パターンを形成し、その上に電極膜を蒸着し、電極膜の不要部分をフォトレジストと共に剥離する方法である。一方、ウェットエッチング法は、電極膜の不要部分をエッチング薬液で溶解する方法である。一般的に、コンタクト抵抗の測定のみを目的とした電極パターンを形成する方法として、リフトオフ法が広く用いられている。しかしながら、この手法では、除去された電極膜が基板表面に再付着するという問題があり、ウェットエッチング法と比べて歩留まりが低くなる。そのため、実プロセスでは、ウェットエッチング法を用いることがより好適であるといえる。
ところが、本発明者が、ウェットエッチング法を用いて、電極膜に電極パターンを形成した結果、次のことが判明した。ニッケル膜に対して電極パターンを形成するには、フォトレジストをマスクにして、例えば、リン酸、硝酸および酢酸の混合液などの酸系薬液によりウェットエッチングを行うことができる。しかしながら、例えば、チタンなどのカーバイドを生成しやすい金属に対して、同様にフォトレジストをマスクとしたウェットエッチングを行う場合、正確に電極パターンを形成できない。その理由は、チタンなどのカーバイドを生成しやすい金属のエッチング薬液として用いるアンモニア水や過酸化水素水は有機物を変質させる性質を有しているため、有機物であるフォトレジストは、簡単にひび割れ、あるいは剥離を起こしてしまう。この変質は、特にパターンの線幅が細い部分で顕著に発生する。また、チタンに使用可能な他のエッチング薬液として緩衝フッ酸があるが、緩衝フッ酸を用いると、層間絶縁膜などに用いられるシリコン酸化膜まで溶けてしまう。これは、効率的な製造工程の構築の妨げとなるなど、製造工程の自由度から見て好ましくない。
また、金属電極膜としてチタンを用いた場合、ｎ型ＳｉＣ基板とチタンなどの金属電極の接合は、ｎ型ＳｉＣ基板の表面に金属電極の仕事関数とｎ型ＳｉＣ基板の電子親和力の差分の障壁ができるため、整流作用を示すショットキー接合となってしまう。そこで、擬似的にオーミック接合を得る方法として、半導体基板の表面のドーパント濃度を高くして、障壁を通してのトンネル効果により電流が流れるようにする方法がある。しかしながら、通常、ｎ型ＳｉＣ基板の場合、製造工程上の制約から、半導体基板に金属電極膜を蒸着させただけで熱アニール処理を行い、金属電極を形成している。そのため、ｎ型ＳｉＣ基板と金属電極の接合がショットキー接合となってしまうことは、コンタクト抵抗を低減させる上で大きな阻害要因の一つとなる恐れがある。これは、上述した特許文献４に記載された技術において、金属電極膜としてチタンを用いる場合でも同様である。
また、ＳｉＣ基板上に形成された導電型の異なる領域に、異なる電極材料を用いて金属電極を形成する場合、ｎ型ＳｉＣ領域とｐ型ＳｉＣ領域のそれぞれに対して別々に、金属電極膜を積層する工程と電極パターンを形成する工程とを行わなければならない。製造工程を簡略化するためには、ｎ型ＳｉＣ領域の金属電極およびｐ型ＳｉＣ領域の金属電極を、同一の金属を用いて形成し、各領域の金属電極に同時に熱アニール処理を行うことが好ましい。その場合、例えばＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を製造するにあたって、ｎ型ＳｉＣ領域だけでなく、ｐ型ＳｉＣ領域においてもオーミック接合を形成する必要がある。
しかしながら、電極材料として例えばニッケルのように珪化物（シリサイド）を生成しやすい金属を用いた場合に、例えば上述した特許文献２の技術を適用しグラファイトの析出を抑えたとしても、チタンなどのカーバイドを生成しやすい金属は、熱アニール処理後の電気的特性が、ｎ型ＳｉＣ領域およびｐ型ＳｉＣ領域それぞれの領域に対して異なった特性となる。
例えば、金属電極膜としてチタンを用いた場合、希ガス雰囲気中で行われた熱アニール処理により生成されたチタンカーバイド（炭化チタン：ＴｉＣ）は、ｐ型ＳｉＣ領域に対してオーミック接合を形成する。一方、ｎ型ＳｉＣ領域に対しては、１×１０19ｃｍ-3以上のドーパント濃度でｎ型ＳｉＣ領域を形成していない場合、ショットキー接合となってしまう。
また、窒素雰囲気中で行われた熱アニール処理により生成された窒化チタンは、ｎ型ＳｉＣ領域に対してオーミック接合を形成する。一方、ｐ型ＳｉＣ領域に対しては、１×１０20ｃｍ-3以上のドーパント濃度でｐ型ＳｉＣ領域を形成したとしても、ショットキー接合となってしまう。
このように、ＳｉＣ基板上に形成された導電型の異なる領域に金属電極を形成する場合、ショットキー障壁の高さが原因となり、ｎ型ＳｉＣ領域またはｐ型ＳｉＣ領域のいずれかにおいて、半導体装置と金属電極との間のコンタクト抵抗が増大してしまうという問題が発生する。また、このようなトレードオフの関係は、製造工程を増大させる原因となる。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、半導体基板と電極膜との間のコンタクト抵抗が低い炭化珪素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、この発明は、半導体基板から電極膜が剥離しにくい炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。さらに、この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法において、歩留まりを向上させ、より効率的な製造工程を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素領域の表面に、可溶なエッチング薬液が異なる金属積層膜を２層以上形成する金属膜形成工程と、前記金属積層膜に、ウェットエッチングによって電極パターンを形成するパターン形成工程と、前記パターン形成工程の後に、非酸化性雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項２の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記金属積層膜は、ニッケルからなる第１の金属膜の上または下に、カーバイドを形成しやすい金属を主成分とする第２の金属膜が積層された膜であることを特徴とする。
また、請求項３の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記金属積層膜の最表面層が前記第２の金属膜である場合、前記金属積層膜の最表面層に更に第３の金属膜を積層し、前記パターン形成工程では、前記第３の金属膜の表面に塗布したレジスト膜に、マスクパターンを転写してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンが形成された前記レジスト膜をマスクにして、前記第３の金属膜の不要部分を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項４の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記金属積層膜の最表面層が前記第１の金属膜である場合、前記パターン形成工程では、前記第１の金属膜の表面に塗布したレジスト膜に、マスクパターンを転写してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンが形成された前記レジスト膜をマスクにして、前記第１の金属膜の不要部分を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項５の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項３または４に記載の発明において、前記パターン形成工程は、前記金属積層膜を形成する膜のうち、最表面層の膜以外の膜をエッチングするに際し、エッチングを行う膜の上層に残された膜をマスクにして、前記エッチングを行う膜の不要部分を除去する工程と、をさらに含むことを特徴とする。
また、請求項６の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項５に記載の発明において、前記パターン形成工程の終了後に残される前記金属積層膜は、前記第１の金属膜および前記第２の金属膜を、少なくともそれぞれ１層ずつ含むことを特徴とする。
また、請求項７の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項２〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記第２の金属膜は、酸系薬液に不溶で、かつアンモニア水もしくは過酸化水素水、またはアンモニア水と過酸化水素水との混合液に可溶であることを特徴とする。
また、請求項８の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項２〜７のいずれか一つに記載の発明において、前記第２の金属膜を形成する金属は、チタン、ジルコニウムもしくはタングステン、またはこれらの内２種類以上の合金であることを特徴とする。
また、請求項９の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項２〜８のいずれか一つに記載の発明において、前記パターン形成工程において、前記第２の金属膜の除去に用いるエッチング薬液は、アンモニア水もしくは過酸化水素水、またはアンモニア水と過酸化水素水との混合液であることを特徴とする。
また、請求項１０の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項２〜９のいずれか一つに記載の発明において、前記パターン形成工程において、前記第１の金属膜の除去に用いるエッチング薬液は、酸系薬液であることを特徴とする。
また、請求項１１の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の発明において、前記非酸化性雰囲気は、真空もしくは不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする。
また、請求項１２の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素領域の表面に、第１の金属膜、および前記第１の金属膜よりも炭化物および窒化物の両方を生成しやすい金属を含む第２の金属膜を備えた金属積層膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属積層膜が積層された前記炭化珪素領域に対して、窒素雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項１３の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１２に記載の発明において、前記第１の金属膜は、ニッケルを含む金属であり、前記第１の金属膜は、ｎ型炭化珪素からなる半導体基板の表面、または前記半導体基板の表面に形成された高濃度ｎ型領域の表面に積層されることを特徴とする。
また、請求項１４の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１２または１３に記載の発明において、前記第２の金属膜を形成する金属は、チタン、ジルコニウムもしくはタングステン、またはこれらの内２種類以上の合金であることを特徴とする。
また、請求項１５の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素領域の表面層に、第１導電型の第１の半導体領域と、第２導電型の第２の半導体領域とを形成する工程と、前記第１の半導体領域および前記第２の半導体領域の表面に、第１の金属膜、および前記第１の金属膜よりも炭化物および窒化物の両方を生成しやすい金属を含む第２の金属膜を備えた金属積層膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属積層膜の最表面層である第１の金属膜の、前記第２の半導体領域の上に形成された不要部分を除去する工程と、前記不要部分を除去した後の前記金属積層膜が積層された前記炭化珪素領域に対して、窒素雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項１６の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１５に記載の発明において、前記第１の半導体領域は、ｐ型の導電型を有することを特徴とする。
また、請求項１７の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１５または１６に記載の発明において、前記第２の半導体領域は、ｎ型の導電型を有することを特徴とする。
また、請求項１８の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１５〜１７のいずれか一つに記載の発明において、前記第１の金属膜は、ニッケルを含む金属であることを特徴とする。
また、請求項１９の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、請求項１５〜１８のいずれか一つに記載の発明において、前記第２の金属膜を形成する金属は、チタン、ジルコニウムもしくはハフニウム、またはこれらの内２種類以上の合金であることを特徴とする。
上述した発明によれば、電極パターン形成後の金属積層膜は、ニッケル膜と、カーバイドを形成しやすい金属を主成分とする金属膜とが、少なくともそれぞれ１層ずつ積層されている。そのため、熱処理を行うことで、ニッケルシリサイドの微結晶同士の間を網目状にカーバイド（カーバイドを形成しやすい金属により生成された金属化合物、以下同様）で繋いだ構造のコンタクト電極が形成される。このとき、カーバイドは、炭化珪素基板中の余った炭素（遊離炭素）から生成される。そのため、コンタクト電極の内部および表面へのグラファイトの析出を抑えることができる。これにより、炭化珪素基板とコンタクト電極との間にオーミック接合が形成され、炭化珪素基板とコンタクト電極との間のコンタクト抵抗を低く抑えることができる。また、上述したようにグラファイトの析出を抑えることができるため、炭化珪素基板とコンタクト電極との密着性が向上する。また、金属積層膜への電極パターン形成にウェットエッチング法を用いることで、除去された金属積層膜が炭化珪素基板の表面に再付着するのを防ぐことができる。これにより、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、金属積層膜への電極パターン形成に際し、金属積層膜の最表面層のニッケル膜は、レジスト膜をマスクにして酸系薬液によりエッチングされる。そして、ニッケル膜の下層に形成される金属膜は、上層に残されたニッケル膜をマスクにして、アンモニア水もしくは過酸化水素水、またはアンモニア水と過酸化水素水の混合液によりエッチングされる。さらに、金属膜の下層にニッケル膜が形成されている場合は、そのニッケル膜は、上層に残された金属膜をマスクにして酸系薬液によりエッチングされる。このとき、ニッケル膜はアンモニア水もしくは過酸化水素水、またはアンモニア水と過酸化水素水の混合液に不溶である。一方、金属膜は酸系薬液に不溶である。
また、上述した請求項１２〜１４の発明によれば、窒素雰囲気中で熱アニール処理を行うことで、炭化珪素基板の表面または炭化珪素基板の高濃度領域の表面に、ニッケルシリサイドの微結晶同士の間を網目状に第２の金属膜の金属からなるカーバイドおよび窒化物の混合層で繋いだ層が形成される。これにより、炭化珪素基板とコンタクト電極の接合がショットキー接合となることを防止することができ、コンタクト抵抗を低減させることができる。
また、上述した請求項１５〜１９の発明によれば、ｐ型の第１の半導体領域の表面に第２の金属膜および第１の金属膜を積層し、窒素雰囲気中で熱アニール処理を行うことにより、第１の半導体領域の表面に形成されるコンタクト電極に、窒化チタンが含まれることを回避することができる。そのため、ｐ型の第１の半導体領域とコンタクト電極との接合を、オーミック接合とすることができる。また、ｎ型の第２の半導体領域の表面に第２の金属膜のみを形成し、窒素雰囲気中で熱アニール処理を行うことにより、第２の半導体領域の表面に、窒化チタンを含むコンタクト電極を形成することができる。そのため、第２の半導体領域とコンタクト電極との接合を、オーミック接合とすることができる。これにより、炭化珪素領域の表面に、第１の半導体領域と第２の半導体領域とが混在していたとしても、コンタクト電極との接合をオーミック接合とすることができる。また、炭化珪素領域上の導電型の異なる領域に、同一の電極材料を積層し、同一の熱アニール処理を行うことで、コンタクト電極との接合をオーミック接合に形成し、かつ従来に比べて製造工程数を低減することができる。
本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、半導体基板と電極膜との間のコンタクト抵抗を低くすることができるという効果を奏する。また、半導体基板から電極膜を剥離しにくくすることができるという効果を奏する。また、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上させ、効率的な製造工程を得ることができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
図１〜４は、実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程を示す断面図である。まず、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面を薬液洗浄やプラズマエッチングなどの方法によって清浄する。ついで、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面に、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２を成長させる。その後、連続してｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２の表面に、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３を成長させる（図１）。ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面にエピタキシャル層を成長させるにあたり、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２とｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３とを連続して形成するのが好ましい。その理由は、エピタキシャル層間の境界面に酸化膜が形成されてしまうことや、異物が混入してしまうなどの問題を回避することができるからである。また、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２とｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３は、半導体装置が目標とする耐圧などの電気特性に応じたドーパント濃度と膜厚としている。
図１〜４は、実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程を示す断面図である。まず、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面を薬液洗浄やプラズマエッチングなどの方法によって清浄する。ついで、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面に、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２を成長させる。その後、連続してｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２の表面に、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３を成長させる（図１）。ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面にエピタキシャル層を成長させるにあたり、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２とｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３とを連続して形成するのが好ましい。その理由は、エピタキシャル層間の境界面に酸化膜が形成されてしまうことや、異物が混入してしまうなどの問題を回避することができるからである。また、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２とｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３は、半導体装置が目標とする耐圧などの電気特性に応じたドーパント濃度と膜厚としている。
ついで、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に、シリコン系酸化膜の一種である、例えば、正珪酸四エチル（以下、ＴＥＯＳとする）を堆積し、第１のマスク酸化膜４ａを形成する。ついで、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）系ガスによるドライエッチングを行い、ｐ+コンタクト領域６を形成する部分の第１のマスク酸化膜４ａを開口し、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面を露出させる（以下、第１のエピタキシャル層露出部とする）。ついで、第１のエピタキシャル層露出部に、例えば、熱酸化法などによってスクリーン酸化膜５を形成する。スクリーン酸化膜５は、例えば、数十ｎｍの厚さで形成され、第１のエピタキシャル層露出部を保護する。ついで、スクリーン酸化膜５の上から、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面層にイオン注入を行い、活性化処理を行う。これにより、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面層にｐ+コンタクト領域６が形成される（図２）。
ついで、フッ酸を用いてウェットエッチングを行い、残された第１のマスク酸化膜４ａを全て除去する。ついで、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に、新たにＴＥＯＳを堆積し、第２のマスク酸化膜４ｂを形成する。ついで、ｐｎダイオードとなる領域の部分の第２のマスク酸化膜４ｂを開口し、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面を露出させる（以下、第２のエピタキシャル層露出部とする）。ついで、第２のエピタキシャル層露出部に六フッ化硫黄（ＳＦ６）系ガスによるドライエッチングを行い、ｎ+型ＳｉＣ基板１まで達するトレンチを形成する。このとき、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面層もわずかにエッチングされる。そして、このトレンチ部分が素子分離領域７である（図３）。
ついで、フッ酸を用いてウェットエッチングを行い、残された第２のマスク酸化膜４ｂを全て除去する。ついで、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面全体（ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面、素子分離領域７の側壁および底面）に、シリコン系酸化膜の一種である、例えば、ＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）を堆積してパッシベーション膜８を形成する。ついで、ＣＨＦ３系ガスを用いたドライエッチングにより、パッシベーション膜８を開口してｐ+コンタクト領域６の表面を露出させる（図４）。
続けて、ｐ+コンタクト領域６の表面にコンタクト電極を形成する。図５〜８は、実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程のコンタクト電極を示す断面図である。まず、ｎ+型ＳｉＣ基板１（図示省略）およびｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２の表面に、ニッケルおよびチタンを連続して蒸着し、第１のニッケル膜９、第２のチタン膜１０および第３のニッケル膜１１を順次積層する。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面には、３層の金属積層膜が形成されることになる（図５）。
ついで、第３のニッケル膜１１の表面全体に、フォトレジスト１２を塗布する。ついで、フォトレジスト１２にフォトリソグラフィを施し、ｐ+コンタクト領域６の上にのみフォトレジスト１２を残す。ついで、残されたフォトレジスト１２をマスクにして、例えば、リン酸、硝酸および酢酸混合液などの酸系薬液（以下、第１の薬液とする）を用いてエッチングを行い、第３のニッケル膜１１をマスクに合わせて不要部分を除去する（以下、第１の金属膜除去工程とする）。これにより、図６に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１の最表面層である第３のニッケル膜１１は、ｐ+コンタクト領域６の上にのみ残る。
ついで、アセトンなどの有機溶媒もしくはフォトレジスト専用の剥離液を用いて、残されたフォトレジスト（図６のフォトレジスト１２）を全て溶解し除去する。ついで、アンモニア水と過酸化水素水との混合液などのアルカリ系薬液（以下、第２の薬液とする）を用いてエッチングを行い、第２のチタン膜１０の不要部分を除去する（以下、第２の金属膜除去工程とする）。このとき、第２のチタン膜１０の上層に残存する第３のニッケル膜１１がマスク膜として機能し、第２のチタン膜１０はｐ+コンタクト領域６の上にのみ残る（図７）。
ついで、例えば、リン酸、硝酸および酢酸混合液などの酸系薬液（以下、第３の薬液とする）を用いてエッチングを行い、第１のニッケル膜９の不要部分を除去する（以下、第３の金属膜除去工程とする）。このとき、第１のニッケル膜９の上層に残存する第２のチタン膜１０がマスク膜として機能し、第１のニッケル膜９は、ｐ+コンタクト領域６の表面にのみ残る。また、残存する最表面層の第３のニッケル膜１１も、第３の薬液によりエッチングされて除去される。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面において、ｐ+コンタクト領域６の表面にのみ、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０が残る（図８）。
ついで、ｎ+型ＳｉＣ基板１に、例えば、真空中もしくはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で、例えば、温度８００〜１０００℃の熱処理を行い、オーミック接合を形成する。図９は、本発明にかかる炭化珪素半導体装置のコンタクト電極を示す断面図である。熱処理を行うことにより、図９に示すように、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０から、ｐ+コンタクト領域６の表面に、ニッケルシリサイド１３の微結晶同士の間を網目状にチタンカーバイド１４で繋いだ構造のコンタクト電極１５が形成される。
ｐ+コンタクト領域６の形成にあたり、シート抵抗換算で実用レベル１０4Ω／ｓｑ以下のコンタクト抵抗値を得るためには、ｐ+コンタクト領域６へのドーパント濃度を１０19ｃｍ-3以上とするのが好ましい。
また、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面に３層の金属膜を形成するに際し、最下層の第１のニッケル膜９と第２のチタン膜１０との膜厚比が５：３から５：４になるように調節するのが好ましい。その理由は、膜形成後の熱アニール処理により、ニッケルシリサイドおよびチタンカーバイドをほぼ過不足なく生成することができ、グラファイトの析出を抑えることができるからである。この膜厚比は、ニッケルおよびチタンの密度が理科年表などに記載されている基準値であると仮定した場合のモル体積比から算出したものであり、必ずしもこの膜厚比に限定されるものではない。また、第３のニッケル膜１１の厚さを第１のニッケル膜９の厚さよりも薄くすることで、前記第３の金属膜除去工程において、第３のニッケル膜１１の完全な除去を容易にすることができる。
第１の金属膜除去工程において、第３のニッケル膜１１の下層に第２のチタン膜１０が形成されていることで、第１の薬液により、３層の金属膜の最下層である第１のニッケル膜９の露出していない部分がエッチングされることはない。また、工程終了のタイミングは、第１の薬液のエッチング速度を予め把握しておくことで、そのエッチング速度と第３のニッケル膜１１の膜厚とから算出したエッチング時間により決定される。
第２の金属膜除去工程において、第３のニッケル膜１１がマスク膜として機能するのは、第３のニッケル膜１１が、第２の薬液に不溶であるからである。また、工程終了のタイミングは、第１の金属膜除去工程と同様に、第２の薬液のエッチング速度および第２のチタン膜１０の膜厚から決定される。
第３の金属膜除去工程において、第２のチタン膜１０がマスク膜として機能するのは、第２のチタン膜１０が、第３の薬液に不溶であるからである。また、工程終了のタイミングは、第１の金属膜除去工程と同様に、第３の薬液のエッチング速度および第１のニッケル膜９の膜厚から決定される。第１のニッケル膜９のエッチングに伴って、第１のニッケル膜９の下層であるパッシベーション膜８が露出してくるため、工程終了のタイミングは目視によっても確認することができる。このとき、パッシベーション膜８は、第３の薬液として用いる酸系薬液にはほとんど溶けない。また、第３の薬液は、第１のニッケル膜９および第３のニッケル膜１１の両方を溶解できる薬液であれば、第１の薬液と同じであってもよい。
ｎ+型ＳｉＣ基板１の熱処理工程において、ニッケルを主成分とする電極の熱処理で一般的に好ましいとされている温度範囲で処理している。この温度範囲については、詳しくは、例えば、社団法人表面技術協会発行、谷本智氏著、表面技術Ｖｏｌ．５５（２００４）Ｎｏ．１、Ｐ２９「パワーデバイスのためのオーミックコンタクト形成技術」などに記載されている。
また、実施の形態１において、カーバイドを生成しやすい金属としてチタンを用いているが、これに限らず、カーバイドを生成しやすい金属であり、第２の薬液に可溶で、かつ六価クロムのような有害な副生成物を発生させない金属であればよく、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）やタングステンでもかまわない。そして、カーバイドを生成しやすい金属の上に積層する金属としてニッケルを用いているが、第３の薬液および第１の薬液に可溶な金属であり、かつ第２の薬液に不溶な金属であれば、他の金属でもかまわない。また、熱処理を、アルゴン雰囲気中で行っているが、アルゴン以外の不活性ガス雰囲気を用いてもかまわない。
以上、説明したように、実施の形態１によれば、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面層のｐ+コンタクト領域６の表面に、ニッケルシリサイド１３およびチタンカーバイド１４からなるコンタクト電極１５が形成される。このとき、チタンカーバイド１４は、ｎ+型ＳｉＣ基板１中の余った炭素（遊離炭素）から生成される。そのため、コンタクト電極１５の内部および表面へのグラファイトの析出を抑えることができる。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１とコンタクト電極１５との間にオーミック接合が形成され、ｎ+型ＳｉＣ基板１とコンタクト電極１５との間のコンタクト抵抗を低く抑えることができる。また、上述したようにグラファイトの析出を抑えることにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１とコンタクト電極１５との密着性が向上する。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１とコンタクト電極１５とが剥離しにくくなる。また、電極パターンの形成にウェットエッチング法を用いることで、除去した第１のニッケル膜９、第２のチタン膜１０または第３のニッケル膜１１がｎ+型ＳｉＣ基板１の表面に再付着するのを防ぐことができる。これにより、ＳｉＣ半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、金属膜への電極パターン形成に際し、フォトレジスト１２をマスクにして第３のニッケル膜１１をエッチングし、そして、その第３のニッケル膜１１をマスクにして第２のチタン膜１０をエッチングし、さらに、その第２のチタン膜１０をマスクにして第１のニッケル膜９をエッチングしている。そのため、エッチングのためのマスクとして用いる膜を新たに用意する必要がないので、製造工程を効率化することができる。
（実施の形態２）
実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態２の説明および添付図面について、実施の形態１と重複する説明は省略する。実施の形態２では、実施の形態１と同様に、図１に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面を清浄し、続けてｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面に、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２およびｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３を連続して成長させる。ついで、図２に示すように、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面層にイオン注入を行い、そして、活性化処理を行うことで、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面層にｐ+コンタクト領域６が形成される。ついで、図３に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１に、素子分離領域７を形成する。ついで、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面全体にパッシベーション膜８を形成する。ついで、ドライエッチングによりパッシベーション膜８を開口して、ｐ+コンタクト領域６を露出させる（図４）。
実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態２の説明および添付図面について、実施の形態１と重複する説明は省略する。実施の形態２では、実施の形態１と同様に、図１に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面を清浄し、続けてｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面に、ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２およびｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３を連続して成長させる。ついで、図２に示すように、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面層にイオン注入を行い、そして、活性化処理を行うことで、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面層にｐ+コンタクト領域６が形成される。ついで、図３に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１に、素子分離領域７を形成する。ついで、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面全体にパッシベーション膜８を形成する。ついで、ドライエッチングによりパッシベーション膜８を開口して、ｐ+コンタクト領域６を露出させる（図４）。
続けて、ｐ+コンタクト領域６の表面にコンタクト電極を形成する。図１０〜１２は、実施の形態２にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程のコンタクト電極を示す断面図である。まず、図１０に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１（図示省略）およびｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層２の表面に、チタンおよびニッケルをこの順で連続して蒸着させ、第２のチタン膜１０および第１のニッケル膜１６を順次積層する。つまり、実地の形態１におけるｎ+型ＳｉＣ基板１と第２のチタン膜１０との間に形成されたニッケル膜（図５の第１のニッケル膜９）がない状態であり、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面には、２層の金属積層膜が形成されることになる。
ついで、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面全体に、フォトレジスト１２を塗布する。ついで、フォトレジスト１２にフォトリソグラフィを施し、ｐ+コンタクト領域６の上にのみフォトレジスト１２を残す。ついで、第１の金属膜除去工程を行う。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１の最表面層である第１のニッケル膜１６は、ｐ+コンタクト領域６の上にのみ残る（図１１）。
ついで、アセトンなどの有機溶媒もしくはフォトレジスト専用の剥離液を用いて、残されたフォトレジスト（図１１のフォトレジスト１２）を全て溶解し除去する。ついで、第２の金属膜除去工程を行う。このとき、第２のチタン膜１０の上層に残存する第１のニッケル膜１６がマスク膜として機能し、第２のチタン膜１０はｐ+コンタクト領域６の表面にのみ残る（図１２）。
ついで、実施の形態１と同様に、ｎ+型ＳｉＣ基板１に熱処理を行う。図９に示すように、第２のチタン膜１０および第１のニッケル膜１６から、ｐ+コンタクト領域６の表面に、実施の形態１と同様にニッケルシリサイド１３とチタンカーバイド１４とからなるコンタクト電極１５が形成される。
また、第２の金属膜除去工程において、第１のニッケル膜１６の効果は、実施の形態１における第３のニッケル膜１１の効果と同様である。また、工程終了のタイミングも、実施の形態１と同様である。また、第２のチタン膜１０のエッチングに伴って、第２のチタン膜１０の下層であるパッシベーション膜８が露出してくるため、工程終了のタイミングは目視によっても確認することができる。このとき、パッシベーション膜８は、第２の薬液として用いるアンモニア水と過酸化水素水の混合液に可溶であるが、そのエッチング速度は遅く、常温ではほぼ無視することができる。
以上、説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、実施の形態１および実施の形態２にかかる技術により形成されたコンタクト電極（以下、第１の試料とする）、および、従来技術にかかる技術でニッケルのみを用いて形成されたコンタクト電極（以下、第２の試料とする）に対して、それぞれテープ剥離試験を行った。第１の試料では、試行１０回目においても、コンタクト電極はテープに付着しなかった。第２の試料では、試行１回目において、コンタクト電極の剥離片がテープに付着した。これにより、実施の形態１および実施の形態２にかかる技術により形成されたコンタクト電極において、密着性が向上したことを確認した。また、第１の試料および第２の試料のコンタクト抵抗を測定した。第１の試料および第２の試料ともに１０-4Ω・ｃｍ2台前半の抵抗値となった。これにより、実施の形態１および実施の形態２にかかる技術により形成されたコンタクト電極は、ニッケルのみを用いて形成された従来のコンタクト電極と同等の低いコンタクト抵抗を維持していることが確認できた。
（実施の形態３）
実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図１３〜１５は、実施の形態３にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程を示す断面図である。実施の形態３の説明および添付図面について、実施の形態１と重複する説明は省略する。実施の形態３では、実施の形態１と同様に、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面を清浄する。ついで、図１３に示すように、清浄後のｎ+型ＳｉＣ基板１を例えばメタルスパッタ装置に導入し、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面にニッケルおよびチタンをこの順で連続して蒸着し、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０を順次積層する。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面には、２層の金属積層膜が形成されることになる。
実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図１３〜１５は、実施の形態３にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程を示す断面図である。実施の形態３の説明および添付図面について、実施の形態１と重複する説明は省略する。実施の形態３では、実施の形態１と同様に、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面を清浄する。ついで、図１３に示すように、清浄後のｎ+型ＳｉＣ基板１を例えばメタルスパッタ装置に導入し、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面にニッケルおよびチタンをこの順で連続して蒸着し、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０を順次積層する。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面には、２層の金属積層膜が形成されることになる。
ついで、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０に電極パターンを形成する。実施の形態１と同様に、第２のチタン膜１０の表面に、フォトレジスト１２を塗布する。ついで、フォトレジスト１２にフォトリソグラフィを施し、フォトレジスト１２の不要部分を除去して所望のパターンを形成する。ついで、フォトレジスト１２をマスクにして、ウェットエッチングまたはドライエッチングを行うことにより、第２のチタン膜１０の不要部分を除去する（以下、第４の金属膜除去工程とする）（図１４）。ついで、図１５に示すように、第３の金属膜除去工程を行い、第１のニッケル膜９の不要部分を除去する。
ついで、図１５に示すｎ+型ＳｉＣ基板１を例えばアニール炉に導入し、純度の高い窒素ガスを流しながら熱アニール処理を行う。図１６は、実施の形態３にかかる炭化珪素半導体装置のコンタクト電極を示す断面図である。熱アニール処理を行うことにより、まず、ｎ+型ＳｉＣ基板１とその表面に形成されている第１のニッケル膜９が反応して、ニッケルシリサイド１７が生成される。また、図示省略するグラファイトが析出する。このグラファイトと、第２のチタン膜１０から第１のニッケル膜９中に侵入したチタンとが反応して、チタンカーバイドが生成される。このとき、第１のニッケル膜９は、ニッケルシリサイド１７の微結晶同士の間を網目状にチタンカーバイドで繋いだ構造となる。一方、熱処理の初期段階で、第２のチタン膜１０の例えば３０ｎｍ程度の深さまでの表面層のチタンと、窒素が反応して窒化チタン（ＴｉＮ）膜１８が生成される。また、第１のニッケル膜９中に侵入したチタンの一部も窒素と反応し、チタンカーバイドおよび窒化チタンの混合層１９が生成される。これにより、図１６に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面に、ニッケルシリサイド１７の微結晶同士の間を網目状にチタンカーバイドおよび窒化チタンの混合層１９で繋いだ層と、その表面に窒化チタン膜１８が形成された構造のコンタクト電極２０が形成される。
第１のニッケル膜９の厚さは、少なくとも５０ｎｍ程度とするのが好ましい。その理由は、膜形成後の熱アニール処理により、オーミック接合を形成することができるからである。また、ｎ+型ＳｉＣ基板１の裏面電極を形成する場合は、第１のニッケル膜９の厚さは、少なくとも１００ｎｍ程度とするのが好ましい。その理由は、次に示す通りである。裏面電極を形成するに際し、半導体基板の裏面には、例えばダイヤモンドスラリーなどで機械研磨されることによる研磨ダメージ層が残る。そのため、研磨ダメージ層の深い箇所まで第１のニッケル膜９を浸透させることが好ましいからである。
第２のチタン膜１０の厚さは、第１のニッケル膜９の厚さの１．０〜１．５倍とするのが好ましい。その理由は、上述したように、窒素雰囲気中での熱アニール処理において、チタンカーバイドと窒化チタンを生成するのに充分な量のチタンが必要であるからである。実施の形態１と同様に、真空中もしくはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で熱アニール処理を行う場合は窒化チタンを生成しないので、第２のチタン膜１０の厚さは、第１のニッケル膜９の厚さの０．６〜０．８倍でよい。
第４の金属膜除去工程において、ウェットエッチングを行う場合は、前記第２の薬液を用いるのが好ましい。第２の薬液を用いることにより、第２のチタン膜１０の下層である第１のニッケル膜９がエッチングされることはない。また、ドライエッチングを行う場合は、例えば、塩素系ガスを原料とするプラズマをエッチャントとして用いるのが好ましい。また、上述したエッチャントに限定されるものではなく、第２のチタン膜１０を溶かすことができ、かつ第１のニッケル膜９を溶かさないようなエッチャントであればよい。また、第３の金属膜除去工程を行う効果は、実施の形態１と同様である。また、第１のニッケル膜９の不要部分をドライエッチングで除去してもよい。また、第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０に電極パターンを形成しなくてもよい。また、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面に、例えばイオン注入により高濃度領域を形成して、そのｎ型高濃度領域の表面に第１のニッケル膜９を形成してもよい。
熱アニール処理において導入される窒素の純度は、半導体デバイス製造工程で一般に用いられる、例えば６Ｎ（９９．９９９９％）程度の純度でよい。また、窒素の分圧は、反応性スパッタリングにより窒化チタンを成膜する場合（例えば、１Ｐａ前後の分圧）と比べて高めに設定する必要があり、例えば１００ｋＰａ程度とするとよい。
次に、実施の形態３にかかる炭化珪素半導体装置について、伝送線路モデルに基づく測定を行うための試料を作製し、ＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍａｔｒｉｘ）法により求めた電気的特性からコンタクト抵抗を算出した。図１７は、実施の形態３にかかる炭化珪素半導体装置の電流−電圧の関係を示す特性図である。まず、実施の形態３に従い、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面にコンタクト電極２０を形成した。ｎ+型ＳｉＣ基板１として、窒素ドープのｎ型ベア基板を用いた。ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面は、０．５μｍのダイヤモンドスラリーにより機械研磨を行った仕上げとした。熱アニール処理前の第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０の厚さは、それぞれ１００ｎｍおよび１２０ｎｍとした。第１のニッケル膜９および第２のチタン膜１０に、電極パターンを形成した。電極間のギャップ長を１０μｍから１００μｍまで、１０μｍおきとした。窒素雰囲気中で熱アニール処理を行い、そのピーク温度を１０００℃とした。このようにして作製した試料を第３の試料とする。比較のため、真空中で熱アニール処理を行った試料（以下、第４の試料とする）を作製した。その他は第３の試料と同様の条件とした。第４の試料の電流−電圧の特性を図１８に示す。
第３の試料では、図１７に示すように、電極間の距離の違いによらず、直線的な電流−電圧特性を示しており、ショットキー接合の成分が含まれていないことがわかった。第３の試料において、コンタクト抵抗は、１×１０-4Ω・ｃｍ2である。一方、第４の試料では、図１８に示すように、電極間の距離の違いによらず、電流−電圧特性にショットキー接合の成分が含まれていることがわかった。第４の試料において、ほぼ直線と見なせる範囲から算出したコンタクト抵抗は、５×１０-3Ω・ｃｍ2である。これにより、実施の形態３に従いコンタクト電極を形成することにより、コンタクト抵抗を低減させることができることが確認できた。
以上、説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、窒素雰囲気中で熱アニール処理を行うことにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１とコンタクト電極２０の接合がショットキー接合となることを防止することができ、コンタクト抵抗を低減させることができる。
（実施の形態４）
実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図１９〜図２１は、実施の形態４にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程のコンタクト電極を示す断面図である。実施の形態４の説明および添付図面について、実施の形態１と重複する説明は省略する。実施の形態４では、実施の形態１と同様に、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面を清浄する。ついで、図１９に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面の表面層に、イオン注入によって、ｐ型領域２１およびｎ型領域２２を形成する。ｐ型領域２１は、第１導電型の第１の半導体領域に相当する。ｎ型領域２２は、第２導電型の第２の半導体領域に相当する。
実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図１９〜図２１は、実施の形態４にかかる炭化珪素半導体装置の製造過程のコンタクト電極を示す断面図である。実施の形態４の説明および添付図面について、実施の形態１と重複する説明は省略する。実施の形態４では、実施の形態１と同様に、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面を清浄する。ついで、図１９に示すように、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面の表面層に、イオン注入によって、ｐ型領域２１およびｎ型領域２２を形成する。ｐ型領域２１は、第１導電型の第１の半導体領域に相当する。ｎ型領域２２は、第２導電型の第２の半導体領域に相当する。
ついで、清浄後のｎ+型ＳｉＣ基板１を例えばメタルスパッタ装置に導入し、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面にチタンおよびニッケルをこの順で連続して蒸着し、第２のチタン膜１０および第１のニッケル膜１６を順次積層する。第１のニッケル膜１６は、第１の金属膜に相当する。第２のチタン膜１０は、第２の金属膜に相当する。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面には、２層の金属積層膜が形成されることになる。
第２のチタン膜１０の膜厚は、第１のニッケル膜１６の膜厚の０．６〜０．８倍とするのが好ましい。その理由は、次に示すとおりである。後述する熱アニール処理によって、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面で、次の（１）式を満たす反応が起きる。このとき、過不足なくカーバイドとシリサイドが生成することができ、ｎ+型ＳｉＣ基板１中の遊離炭素の析出を抑制することができるからである。
ＳｉＣ ＋ ２Ｎｉ ＋ Ｔｉ → Ｎｉ2Ｓｉ ＋ ＴｉＣ・・・（１）
また、第１のニッケル膜１６の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。その理由は、ｎ+型ＳｉＣ基板１に対するオーミック接合を形成することができ、かつｎ+型ＳｉＣ基板１と第１のニッケル膜１６との化学反応を所望の深さで抑えることができるからである。
ついで、図２０に示すように、フォトレジストにフォトリソグラフィを施し、第２のチタン膜１０を残す領域の上に、第１のレジストパターン３１を形成する。ついで、第１のレジストパターン３１をマスクにして、ウェットエッチングまたはドライエッチングを行うことにより、第１のニッケル膜１６および第２のチタン膜１０の不要部分を除去する（以下、第５の金属膜除去工程とする）。これにより、ｐ型領域２１およびｎ型領域２２を覆うように、第１のニッケル膜１６および第２のチタン膜１０が残る。
このとき、ウェットエッチングによって第５の金属膜除去工程を行う場合、第１のレジストパターン３１をマスクにしてウェットエッチングを行い、第１のニッケル膜１６の不要部分を除去する（例えば、第１の金属膜除去工程：図１１参照）。その後、第１のレジストパターン３１を全て溶解し除去する。ついで、第２のチタン膜１０の上層に残存する第１のニッケル膜１６をマスクとしてエッチングを行い、第２のチタン膜１０の不要部分を除去してもよい（例えば、第２の金属膜除去工程：図１２参照）。その理由は、第１のニッケル膜１６は、アルカリ系薬液に対して高い耐エッチング性（高選択比）を有するからである。その効果は、実施の形態３と同様である。
また、ウェットエッチングにおいて、第１のニッケル膜１６の除去には、例えば第１の薬液（リン酸、硝酸および酢酸混合液などの酸系薬液）を用いてもよい。また、第２のチタン膜１０の除去には、例えば第２の薬液（アンモニア水と過酸化水素水との混合液などのアルカリ系薬液）を用いてもよい。
ついで、図２１に示すように、フォトレジストにフォトリソグラフィを施し、第１のニッケル膜１６を残す領域の上に、第２のレジストパターン３２を形成する。第２のレジストパターン３２は、第１のレジストパターン３１の不要部分を除去して形成されてもよい。ついで、第２のレジストパターン３２をマスクにして、ウェットエッチングまたはドライエッチングを行うことにより、第１のニッケル膜１６の不要部分を除去する（以下、第６の金属膜除去工程とする）。第６の金属膜除去工程をウェットエッチングで行う場合、例えば第１の薬液を用いてもよい。
ついで、第２のレジストパターン３２を全て溶解し除去する。その後、図示省略するが、ｎ+型ＳｉＣ基板１の裏面に、裏面電極の材料として例えばチタンを蒸着してもよい。裏面電極の材料として、さらに、例えばニッケルを用いてもよい。例えばｎ+型ＳｉＣ基板１の表面に、ニッケルおよびチタンがこの順で積層してなる裏面電極を形成してもよい。その場合、チタン膜の膜厚は、ニッケル膜の膜厚を０．６〜０．８倍した値に、３０〜４０ｎｍを加算した膜厚とするのがよい。その理由は、次に示すとおりである。チタン膜が最表面層である場合、後述する熱アニール処理において、まず、アニール炉に導入した窒素と、チタン膜の表面から３０〜４０ｎｍ程度の深さまでのチタンとが反応する。そのため、ｎ+型ＳｉＣ基板１中の遊離炭素と反応するチタンの量が相対的に減少してしまうからである。
ついで、図２１に示すｎ+型ＳｉＣ基板１を例えばアニール炉に導入し、純度の高い窒素ガスを流しながら熱アニール処理を行う。熱アニール処理において導入される窒素の純度および分圧は、実施の形態３と同様であってもよい。例えば窒素の分圧を１００ｋＰａ程度とすることで、確実にチタンの窒化反応が起こることが、発明者によって確認されている。
図２２は、実施の形態４にかかる炭化珪素半導体装置のコンタクト電極を示す断面図である。熱アニール処理を行うことにより、次のような反応が起こる。ｎ型領域２２の表面には第２のチタン膜１０のみが形成されているため、第２のチタン膜１０の表面では、第２のチタン膜１０とアニール炉中の窒素との反応が進行し、窒化チタンが生成される。一方、第２のチタン膜１０とｎ型領域２２の界面では、第２のチタン膜１０とｎ型領域２２中の炭素との反応が進行し、チタンカーバイドが生成される。これにより、図２２に示すように、コンタクト電極２５として、チタンカーバイドおよび窒化チタンの混合層２４が生成される。
これに対して、ｐ型領域２１の表面では、第２のチタン膜１０の上に第１のニッケル膜１６が形成されているため、第２のチタン膜１０とアニール炉中の窒素との反応は起こらない。また、最表面層である第１のニッケル膜１６は、窒化物を生成しにくいニッケルにより形成されているため、第１のニッケル膜１６とアニール炉中の窒素は反応しにくい。一方、第２のチタン膜１０とｐ型領域２１の界面では、第２のチタン膜１０とｐ型領域２１中の炭素との反応が進行し、チタンカーバイドが生成される。また、この反応によりｐ型領域２１中に余ったシリコンは、第１のニッケル膜１６と反応して、ニッケルシリサイドが生成される。これにより、図２２に示すように、コンタクト電極２５として、チタンカーバイドおよびニッケルシリサイドの混合層２３が生成される。
また、ｐ型領域２１の表面では、コンタクト電極として窒化チタンは生成されない。その理由は、チタンと炭素とが反応してチタンカーバイドに変化した場合、その後、窒素雰囲気中で加熱されたとしても、チタンカーバイドは窒化チタンには変化しないからである。そのため、ｐ型領域２１とコンタクト電極との接合がショットキー接合となることを回避することができ、コンタクト抵抗が増大することを防止することができる。
上述した製造方法では、電極材料としてニッケルを用いて第１のニッケル膜１６を形成しているが、これに限らず、珪化物（シリサイド）を生成しやすく、窒化物を生成しにくい金属であれば、他の金属でもかまわない。また、電極材料としてチタンを用いて第２のチタン膜１０を形成しているが、カーバイドおよび窒化物の両方を生成しやすい金属であればよく、チタン、ジルコニウムもしくはハフニウム（Ｈｆ）、またはこれらの内２種類以上の合金であってもよい。
次に、炭化珪素半導体装置の製造工程数について検証した。製造工程数は、１層の電極膜を堆積する工程、フォトリソグラフィ工程、１層の電極膜をエッチングする工程および熱アニール処理工程をそれぞれ１工程とし、コンタクト電極が完成するまでの工程数を数えた。まず、上述した製造方法に従い、実施の形態４にかかる炭化珪素半導体装置を作製した（以下、実施例とする）。実施例では、ｎ+型ＳｉＣ基板１のおもて面に、ｐ型領域２１およびｎ型領域２２を形成した。ｐ型領域２１の表面には、チタンおよびニッケルがこの順で積層されてなる金属積層膜を形成した。この金属積層膜の熱アニール処理は、窒素雰囲気中で行った。ｎ型領域２２の表面には、チタンからなる金属膜を形成した。この金属膜の熱アニール処理は、窒素雰囲気中で行った。一方、ｎ+型ＳｉＣ基板１の裏面には、チタンからなる金属膜を形成した。この金属膜の熱アニール処理は、窒素雰囲気中で行った。
ついで、第１の比較例として、ｎ+型ＳｉＣ基板上のおもて裏電極を、導電型によって異なる電極材料で形成した炭化珪素半導体装置を作製した。第１の比較例では、実施例と同様に、ｎ+型ＳｉＣ基板のおもて面に、ｐ型領域およびｎ型領域を形成した。ｐ型領域の表面には、チタンおよびアルミニウムがこの順で積層されてなる金属積層膜を形成した。この金属積層膜の熱アニール処理は、希ガス雰囲気中で行った。ｎ型領域の表面には、チタンおよびニッケルがこの順で積層されてなる金属積層膜を形成した。この金属積層膜の熱アニール処理は、希ガス雰囲気中で行った。一方、ｎ+型ＳｉＣ基板の裏面には、チタンからなる金属膜を形成した。この金属膜の熱アニール処理は、窒素雰囲気中で行った。
また、第２の比較例として、ｎ+型ＳｉＣ基板上のおもて裏電極のすべてを、同一の電極材料で形成した炭化珪素半導体装置を作製した。第２の比較例では、実施例と同様に、ｎ+型ＳｉＣ基板のおもて面に、ｐ型領域およびｎ型領域を形成した。ｐ型領域の表面、ｎ型領域の表面およびｎ+型ＳｉＣ基板の裏面に、チタンおよびニッケルがこの順で積層されてなる金属積層膜をそれぞれ形成した。この金属積層膜の熱アニール処理は、希ガス雰囲気中で行った。
上述した実施例、第１の比較例および第２の比較例において、製造工程数を計測した。実施例では、製造工程数は、８工程となった。また、ｐ型領域２１とコンタクト電極との接合、およびｎ型領域２２とコンタクト電極との接合は、低いコンタクト抵抗を有するオーミック接合となった。
それに対して、第１の比較例では、製造工程数は、１４工程となった。それは、ｎ+型ＳｉＣ基板のおもて面において、ｐ型領域およびｎ型領域にそれぞれ別々に、金属膜を積層する工程、電極パターンを形成する工程、および熱アニール処理工程を行わなければならないからである。また、ｎ+型ＳｉＣ基板の裏面電極において、おもて面に行う熱アニール処理と異なる雰囲気中で熱アニール処理を行わなければならないからである。
また、第２の比較例では、製造工程数は、７工程となった。第２の比較例では、ｐ型領域とコンタクト電極との接合、またはｎ型領域とコンタクト電極との接合のいずれかの接合で、コンタクト抵抗が増大した。それは、コンタクト電極の下層の導電型に合わせた金属膜を形成していないからである。また、その金属膜に合わせた熱アニール処理を行っていないからである。
以上の結果より、上述した実施の形態４にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法を用いることにより、ｎ+型ＳｉＣ基板とコンタクト電極との接合を、低いコンタクト抵抗を有するオーミック接合とすることができることがわかった。また、従来に比べて製造工程数を低減することができることがわかった。
以上、説明したように、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、ｐ型領域２１の表面に第２のチタン膜１０および第１のニッケル膜１６を積層し、窒素雰囲気中で熱アニール処理を行うことにより、ｐ型領域２１の表面に形成されるコンタクト電極に、窒化チタンが含まれることを回避することができる。そのため、ｐ型領域２１とコンタクト電極との接合を、オーミック接合とすることができる。また、ｎ型領域２２の表面に第２のチタン膜１０のみを形成し、窒素雰囲気中で熱アニール処理を行うことにより、ｎ型領域２２の表面に、窒化チタンを含むコンタクト電極を形成することができる。そのため、ｎ型領域２２とコンタクト電極との接合を、オーミック接合とすることができる。これにより、ｎ+型ＳｉＣ基板１の表面に、ｐ型領域２１とｎ型領域２２とが混在していたとしても、コンタクト電極との接合をオーミック接合とすることができる。また、ｎ+型ＳｉＣ基板上の導電型の異なる領域に、同一の電極材料を積層し、同一の熱アニール処理を行うことで、コンタクト電極との接合をオーミック接合に形成し、かつ従来に比べて製造工程数を低減することができる。
以上において本発明では、上述した実施の形態に限らず、ｐ型のＳｉＣ基板を用いて形成された炭化珪素半導体装置に適用することが可能である。
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板を用いた半導体装置に有用であり、特に、オーミック接合により形成されたコンタクト電極に適している。
２ ｎ-型ＳｉＣエピタキシャル層
３ ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層
６ ｐ+コンタクト領域
８ パッシベーション膜
９ 第１のニッケル膜
１０ 第２のチタン膜
１１ 第３のニッケル膜
３ ｐ型ＳｉＣエピタキシャル層
６ ｐ+コンタクト領域
８ パッシベーション膜
９ 第１のニッケル膜
１０ 第２のチタン膜
１１ 第３のニッケル膜
Claims (19)
- 炭化珪素領域の表面に、可溶なエッチング薬液が異なる金属積層膜を２層以上形成する金属膜形成工程と、
前記金属積層膜に、ウェットエッチングによって電極パターンを形成するパターン形成工程と、
前記パターン形成工程の後に、非酸化性雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記金属積層膜は、ニッケルからなる第１の金属膜の上または下に、カーバイドを形成しやすい金属を主成分とする第２の金属膜が積層された膜であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記金属積層膜の最表面層が前記第２の金属膜である場合、
前記金属積層膜の最表面層に更に第３の金属膜を積層し、
前記パターン形成工程では、
前記第３の金属膜の表面に塗布したレジスト膜に、マスクパターンを転写してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンが形成された前記レジスト膜をマスクにして、前記第３の金属膜の不要部分を除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記金属積層膜の最表面層が前記第１の金属膜である場合、
前記パターン形成工程では、
前記第１の金属膜の表面に塗布したレジスト膜に、マスクパターンを転写してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンが形成された前記レジスト膜をマスクにして、前記第１の金属膜の不要部分を除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記パターン形成工程は、
前記金属積層膜を形成する膜のうち、最表面層の膜以外の膜をエッチングするに際し、エッチングを行う膜の上層に残された膜をマスクにして、前記エッチングを行う膜の不要部分を除去する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項３または４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記パターン形成工程の終了後に残される前記金属積層膜は、前記第１の金属膜および前記第２の金属膜を、少なくともそれぞれ１層ずつ含むことを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２の金属膜は、酸系薬液に不溶で、かつアンモニア水もしくは過酸化水素水、またはアンモニア水と過酸化水素水との混合液に可溶であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２の金属膜を形成する金属は、チタン、ジルコニウムもしくはタングステン、またはこれらの内２種類以上の合金であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記パターン形成工程において、前記第２の金属膜の除去に用いるエッチング薬液は、
アンモニア水もしくは過酸化水素水、またはアンモニア水と過酸化水素水との混合液であることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記パターン形成工程において、前記第１の金属膜の除去に用いるエッチング薬液は、酸系薬液であることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記非酸化性雰囲気は、真空もしくは不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素領域の表面に、第１の金属膜、および前記第１の金属膜よりも炭化物および窒化物の両方を生成しやすい金属を含む第２の金属膜を備えた金属積層膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属積層膜が積層された前記炭化珪素領域に対して、窒素雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第１の金属膜は、ニッケルを含む金属であり、前記第１の金属膜は、ｎ型炭化珪素からなる半導体基板の表面、または前記半導体基板の表面に形成された高濃度ｎ型領域の表面に積層されることを特徴とする請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２の金属膜を形成する金属は、チタン、ジルコニウムもしくはタングステン、またはこれらの内２種類以上の合金であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素領域の表面層に、第１導電型の第１の半導体領域と、第２導電型の第２の半導体領域とを形成する工程と、
前記第１の半導体領域および前記第２の半導体領域の表面に、第１の金属膜、および前記第１の金属膜よりも炭化物および窒化物の両方を生成しやすい金属を含む第２の金属膜を備えた金属積層膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属積層膜の最表面層である第１の金属膜の、前記第２の半導体領域の上に形成された不要部分を除去する工程と、
前記不要部分を除去した後の前記金属積層膜が積層された前記炭化珪素領域に対して、窒素雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第１の半導体領域は、ｐ型の導電型を有することを特徴とする請求項１５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２の半導体領域は、ｎ型の導電型を有することを特徴とする請求項１５または１６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第１の金属膜は、ニッケルを含む金属であることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２の金属膜を形成する金属は、チタン、ジルコニウムもしくはハフニウム、またはこれらの内２種類以上の合金であることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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