JP2013211485A - 炭化珪素半導体装置の製造方法及び該方法により製造された炭化珪素半導体装置 - Google Patents
炭化珪素半導体装置の製造方法及び該方法により製造された炭化珪素半導体装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 第1導電型の炭化珪素基板を準備する工程(a)と、前記第1導電型の炭化珪素基板の1つの主面上に第1導電型のエピタキシャル層を形成する工程(b)と、前記第1導電型の炭化珪素基板の他の主面上に第1の金属層を形成する工程(c)と、前記工程(c)の後、前記炭化珪素基板を熱処理し、前記第1の金属層と前記炭化珪素基板の他方の主面との間にオーミック接合と、前記第1の金属層上に他の金属と密着性の良い物質の層を形成する工程(d)と、前記工程(d)の後、他の主面上の第1の金属層表面の不純物を除去し清浄化する工程(e)と、を備え、前記工程(d)の熱処理を、1100℃以上で行う。
【選択図】 図4
Description
[1]第1導電型の炭化珪素基板を準備する工程(A)と、
前記第1導電型の炭化珪素基板の1つの主面上に第1導電型のエピタキシャル層を形成する工程(B)と、
前記第1導電型の炭化珪素基板の他の主面上に、ニッケル(Ni)と、第4族、第5族、又は第6族の金属のいずれか1以上とから構成される第1の金属層を形成する工程(C)と、
前記工程(C)の後、前記炭化珪素基板を熱処理し、前記第1の金属層と前記炭化珪素基板の他方の主面との間にオーミック接合と、前記第1の金属層上に他の金属と密着性の良い物質の層を形成する工程(D)と、
前記工程(D)の後、他の主面上の第1の金属層表面の不純物を除去し清浄化する工程(E)を備え、
前記工程(D)の熱処理を、1100℃以上で行うことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
[2]前記第1の金属層が、ニッケル(Ni)と、チタン(Ti)から構成される層であることを特徴とする[1]に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[3]前記工程(D)の熱処理の最高温度が、1100℃以上、1350℃未満であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[4]前記工程(D)の熱処理の保持時間が、1秒以上、1時間以下であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[5]前記工程(D)の熱処理の昇温速度が、0.5℃/秒以上、20℃/秒以下であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[6]前記の他の金属と密着性の良い物質の層が、前記第1の金属層上に部分的に残された層で形成されていることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[7]前記の他の金属と密着性の良い物質の層が、TiC又はチタンとシリコンとカーボンの3元系化合物(TixSiyCz)で形成されることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[8]前記工程(E)が、イオンを衝突させて不純物除去し清浄化する逆スパッタ法を使用することを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[9]前記イオンが、イオン化したアルゴン(Ar)であることを特徴とする[8]に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[10]前記工程(D)と前記工程(E)の間に、前記主面のエピタキシャル層上に、第2の金属層を形成する工程(F)をさらに備えることを特徴とする[1]〜[9]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[11]前記炭化珪素基板を1000℃以下で熱処理して、前記第2の金属層と前記エピタキシャル層との間にショットキー接合を形成する工程(G)をさらに備えることを特徴とする[10]に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[12]前記(G)工程の熱処理の最高温度が、400〜600℃であることを特徴とする[11]に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[13]前記(G)工程の熱処理の保持時間が、1分以上、30分以下であることを特徴とする[11]又は[12]に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[14]前記(G)工程の熱処理の昇温速度が、1℃/秒以上、10℃/秒以下であることを特徴とする[11]〜[13]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[15]前記工程(B)と前記工程(C)の間に、前記第1導電型のエピタキシャル層に、第2の金属層の下部の領域に第2電導型の構造を形成する工程(H)をさらに備えることを特徴とする[1]〜[14]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法
[16]前記第2電導型の構造が、ストライプ状の構造で形成されたことを特徴とする[15]に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[17]前記炭化珪素基板の(0001)面上に、前記第1の導電型のエピタキシャル層を形成することを特徴とする[1]〜[16]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[18]前記炭化珪素基板の(000−1)面上に、前記第1の導電型のエピタキシャル層を形成することを特徴とする[1]〜[16]のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
[19][1]〜[18]のいずれかに記載された製造方法により製造された炭化珪素半導体装置であって、
前記第1の金属層上に形成された、他の金属と密着性の良い物質の層において、第4族、第5族、又は第6族の金属のいずれかとの結合を有するカーボン原子の比率が20%以上であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
[20]Ti−C結合を持つカーボン原子の比率が20%以上であることを特徴とする[19]に記載の炭化珪素半導体装置。
第1導電型の炭化珪素基板を準備する工程(A)と、
前記第1導電型の炭化珪素基板の1つの主面上に第1導電型のエピタキシャル層を形成する工程(B)と、
前記第1導電型の炭化珪素基板の他の主面上に、ニッケル(Ni)と、第4族、第5族、又は第6族の金属のいずれか1以上とから構成される第1の金属層を形成する工程(C)と、
前記工程(C)の後、前記炭化珪素基板を熱処理し、前記第1の金属層と前記炭化珪素基板の他方の主面との間にオーミック接合と、前記第1の金属層上に他の金属と密着性の良い物質の層を形成する工程(D)と、
前記工程(D)の後、他の主面上の第1の金属層表面の不純物を除去し清浄化する工程(E)と、
を備え、前記工程(D)の熱処理を、1100℃以上で行うことを特徴とするものである。
本発明において、Niとともに第一の金属層を構成する、第4族の金属としては、Ti、Zr等、第5族の金属としては、V,Ta等、第6族の金属としては、Cr,Mo,W等があげられる。
他の主面上の該第一の金属層は、熱処理によって混合形態が変化し、熱処理後の第一の金属層となる。この、熱処理後の第一の金属層の表面に他の金属と密着性が良くArスパッタ等の物理的手段に対する耐性の高い物質が形成され、その上に密着性が悪く物理的手段により容易に除去される物質が形成される。その後、複数の工程を通過した後、さらに剥離原因となる物質が堆積する。この表面を物理的手段により処理すると、耐性が高く他の金属と密着性の高い物質のみが残るため、金属を堆積すると剥離が起こらない。このため、不純物を除去は他の金属を堆積する直前に行うのがよい。
また、熱処理条件の保持時間として1秒以上、1時間以下が物理的手段に耐性があり、剥離を抑制する物質を形成する効果がある。
また、熱処理条件の昇温速度として0.5℃/秒以上、20℃/秒以下が物理的手段に耐性があり、剥離を抑制する物質を形成する効果がある。
また、炭化珪素基板の他の主面は(0001)面、(000−1)面のどちらでも効果がある
図1(1)〜図1(7)は、炭化珪素半導体装置の製造工程の一例を示したものである。なお、
次いで、図1(1)に示すように、この炭化珪素基板1に、主面上には、例えば1.0×1016cm-3の窒素がドーピングされた、例えば厚さ10μmの低濃度n型ドリフト層2が堆積される。
終端構造用のp型領域3とJBS構造用のp型領域4とJTE構造用のp型領域5を形成するために注入されたアルミニウムを活性化するために、例えば、Ar雰囲気中において1650℃で240秒間の活性化を行う。
この後、活性化による表面汚染層を除去するために例えば50nmの熱酸化層を形成して除去を行い、例えば、0.5μmの層間絶縁膜6をドリフト層2の上部に形成する。
これにより、図1(2)の第一の金属層7がシリサイド化され、図1(3)に示すように層の形態が変化した第一の金属層8となり、炭化珪素基板1の他の主面と第一の金属層8の間に低抵抗のオーミックコンタクト9が形成される。ここで、TiとSiとカーボンが反応し、Tiシリサイド(TiSi)、Tiカーバイド(TiC)、TiとSiとカーボンの3元系化合物(TixSiyCz)のいずれか、又はいくつかの組み合わせで形成された他の金属と密着性の良い物質の層10が形成される。ここで、例えば熱処理の温度が低い等の条件によって、Tiと反応せず残ったカーボン11が熱処理後の第一の金属層表面に残る場合がある。
図3は、Ti−C結合状態を持つ物質であるTiカーバイドの割合と密着性との関係を示した図である。該図に示されるように、該層10における全原子のうち、Ti−C結合を持つカーボン原子の比率が20%以上で剥離がなくなることが確認できた。
図4は、Ti−C結合状態を持つ物質であるTiカーバイドの割合とシンタリング温度の関係を示した図である。該図に示されるように、シンタリング温度が1100℃以上であると、Ti−C結合を持つカーボン原子の比率が20%以上となる。
さらに、これらの存在比から、図5に示されるように、密着性の良い物質の層は部分的に残された層でも有効だと言える。
前記の第一の実施形態では、SBD装置を製造する場合について述べたが、主面上に他の装置、例えばMOS等の構造を製造することが可能である。
第一の実施形態では、主面として(0001)面を例に述べたが、主面として(000−1)面を用いてもよい。
2:一導電型炭化珪素エピタキシャル層
3:第二導電型不純物イオン注入領域(JBS)
4:第二導電型不純物イオン注入領域(終端)
5:第二導電型不純物イオン注入領域(JTE)
6:層間絶縁膜
7:第1の金属層
8:熱処理後の第1の金属層
9:オーミック接合
10:他の金属と密着性の良い物質の層
11:未反応で残ったカーボン
12:工程中に付着した剥離原因物質
13:第2の金属層(ショットキー接合用金属)
14:第3の金属層(電極パッド)
15:ポリイミド
16:第4の金属層
17:Ti層
18:Ni層
19:Au層
Claims (20)
- 第1導電型の炭化珪素基板を準備する工程(A)と、
前記第1導電型の炭化珪素基板の1つの主面上に第1導電型のエピタキシャル層を形成する工程(B)と、
前記第1導電型の炭化珪素基板の他の主面上に、ニッケル(Ni)と、第4族、第5族、又は第6族の金属のいずれか1以上とから構成される第1の金属層を形成する工程(C)と、
前記工程(C)の後、前記炭化珪素基板を熱処理し、前記第1の金属層と前記炭化珪素基板の他方の主面との間にオーミック接合と、前記第1の金属層上に他の金属と密着性の良い物質の層を形成する工程(D)と、
前記工程(D)の後、他の主面上の第1の金属層表面の不純物を除去し清浄化する工程(E)を備え、
前記工程(D)の熱処理を、1100℃以上で行う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の金属層が、ニッケル(Ni)と、チタン(Ti)から構成される層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。
- 前記工程(D)の熱処理の最高温度が、1100℃以上、1350℃未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記工程(D)の熱処理の保持時間が、1秒以上、1時間以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記工程(D)の熱処理の昇温速度が、0.5℃/秒以上、20℃/秒以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記の他の金属と密着性の良い物質の層が、前記第1の金属層上に部分的に残された層で形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記の他の金属と密着性の良い物質の層が、TiC又はチタンとシリコンとカーボンの3元系化合物(TixSiyCz)で形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記工程(E)が、イオンを衝突させて不純物除去し清浄化する逆スパッタ法を使用することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記イオンが、イオン化したアルゴン(Ar)であることを特徴とする請求項8に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記工程(D)と前記工程(E)の間に、前記主面のエピタキシャル層上に、第2の金属層を形成する工程(F)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記炭化珪素基板を1000℃以下で熱処理して、前記第2の金属層と前記エピタキシャル層との間にショットキー接合を形成する工程(G)をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記(G)工程の熱処理の最高温度が、400〜600℃であることを特徴とする請求項11に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記(G)工程の熱処理の保持時間が、1分以上、30分以下であることを特徴とする請求項11又は12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記(G)工程の熱処理の昇温速度が、1℃/秒以上、10℃/秒以下であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記工程(B)と(C)の間に、前記第1導電型のエピタキシャル層に、第2の金属層の下部の領域に第2電導型の構造を形成する工程(H)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法
- 前記第2電導型の構造が、ストライプ状の構造で形成された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。
- 前記炭化珪素基板の(0001)面上に、前記第1の導電型のエピタキシャル層を形成することを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記炭化珪素基板の(000−1)面上に、前記第1の導電型のエピタキシャル層を形成することを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 請求項1〜18のいずれか1項に記載された製造方法により製造された炭化珪素半導体装置であって、
前記第1の金属層上に形成された、他の金属と密着性の良い物質の層において、第4族、第5族、又は第6族の金属のいずれかとの結合を有するカーボン原子の比率が20%以上であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - Ti−C結合を持つカーボン原子の比率が20%以上であることを特徴とする請求項19に記載の炭化珪素半導体装置。
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