JP2014063948A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面の荒れを抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置１の製造方法は以下の工程を有している。第１導電型領域１５および第２導電型領域１４を含む炭化珪素基板１が準備される。第１導電型領域１５に接して第１の材料からなる第１の電極２が形成される。第１の電極２と第１導電型領域１５とがオーミック接合するように第１の電極１が局所的に加熱される。第１の材料とは異なる第２の材料からなり、第２導電型領域１４とショットキー接合する第２の電極３が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものであり、より特定的には、炭化珪素基板の表面の荒れを抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、半導体装置の製造用に炭化珪素基板が用いられ始めている。炭化珪素は珪素に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、炭化珪素基板を用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の劣化が小さいといった利点を有する。

たとえば特表２００９−５３２９０２号公報（特許文献１）は、基板上にオーミックコンタクト金属を蒸着し、たとえば９００℃よりも高い温度でアニールすることにより、ｐ+領域とオーミックコンタクトを形成する工程を有するジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ：Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｄｉｏｄｅ）の製造方法を開示している。

特表２００９−５３２９０２号公報

しかしながら、特表２００９−５３２９０２号公報に記載の方法においてオーミックコンタクトを形成する際、基板全体が９００℃程度まで加熱される。そのため、基板の表面が荒れることがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板の表面の荒れを抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を有している。第１導電型領域および第２導電型領域を含む炭化珪素基板が準備される。第１導電型領域に接して第１の材料からなる第１の電極が形成される。第１の電極と第１導電型領域とがオーミック接合するように第１の電極が局所的に加熱される。第１の材料とは異なる第２の材料からなり、第２導電型領域とショットキー接合する第２の電極が形成される。

本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、第１の電極と第１導電型領域とがオーミック接合するように第１の電極が局所的に加熱される。これにより、第１の電極が局所的に加熱されるので、基板の表面が直接加熱されることを抑制することができる。それゆえ、基板の表面の荒れを抑制することができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第２の電極を形成する工程は、第２の電極が第１の電極と接して形成される。これにより、ドリフト層を流れる電流が基板面内において均一化される。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の電極を局所的に加熱する工程は、レーザーアニールにより行われる。基板全体をアニールする場合と異なり、レーザーアニールの場合は、基板全体を昇温および降温させる時間を必要としない。そのため、アニール処理のスループットを向上させることができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第２導電型領域とショットキー接合する第２の電極を形成する工程は、第２の電極を加熱する工程を含む。これにより、第２の電極のバリアハイトを適切な値に調整することができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、炭化珪素基板は、第１導電型領域とは異なる第２の第１導電型領域を含む。第２の電極を形成する工程では、第２の電極の外周部が第２の第１導電型領域と接して形成される。なお、第２の電極の外周部が第２の第１導電型領域と接するとは、第２の電極の外周部が他の電極を介して第２の第１導電型領域と接する場合を含む。これにより、外周部に電界が集中することを緩和することができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、炭化珪素基板の主面と接し、第１の材料および第２の材料と異なる第３の材料からなりかつ炭化珪素基板とショットキー接合する第３の電極を形成する工程をさらに有する。第２の電極を形成する工程では、第２の電極の外周部が第３の電極と接して第２の電極が形成される。第３の材料は、第２の材料よりも高いバリアハイトを有する。これにより、第２の電極の外周部におけるリーク電流を低減することができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１導電型はｐ型であり、かつ第２導電型はｎ型である。これにより、ドリフト領域がｎ型の炭化珪素半導体装置を製造することができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の電極は、Ｔｉを含む部分およびＡｌを含む部分を有する。これにより、第１の電極と第１導電型領域との接合を良好なオーミック接合とすることができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の電極は、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが積層されている。これにより、第１の電極と第１導電型領域との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の電極は、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが混合されている。これにより、第１の電極と第１導電型領域との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１導電型はｎ型であり、かつ第２導電型はｐ型である。これにより、ドリフト領域がｐ型の炭化珪素半導体装置を製造することができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の電極は、Ｎｉを含む部分およびＳｉを含む部分を有する。これにより、第１の電極と第１導電型領域との接合を良好なオーミック接合とすることができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の電極は、Ｎｉを含む部分とＳｉを含む部分とが積層されている。これにより、第１の電極と第１導電型領域との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の電極は、Ｎｉを含む部分とＳｉを含む部分とが混合されている。これにより、第１の電極と第１導電型領域との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基板の表面の荒れを抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。

実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。 実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第４の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。 第１の電極、第２の電極および第３の電極の位置関係を説明するための平面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第４の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第５の工程を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の第１の変形例の構造を概略的に示す断面模式図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の第２の変形例の構造を概略的に示す断面模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーバリアダイオード１の構造について、図１を参照して説明する。図１に示すように本実施の形態のショットキーバリアダイオード１は、基板１０と、第１の電極２と、第２の電極３とを主に有している。基板１０は炭化珪素からなり、好ましくは炭化珪素単結晶からなる。

基板１０は、ｎ+基板１１と、電界停止層１２と、第２導電型領域１４（ｎ型領域）と、第１導電型領域１５（ｐ型領域）とを有している。ｎ+基板１１は、炭化珪素単結晶からなる基板にたとえば窒素（Ｎ）などの不純物が含まれている基板である。ｎ+基板１１に含まれる不純物濃度は、たとえば５×１０¹⁸ｃｍ^-3程度である。電界停止層１２に含まれる窒素（Ｎ）などの不純物濃度はたとえば５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以下である。第２導電型領域１４における窒素（Ｎ）などの不純物濃度はたとえば３×１０¹⁵ｃｍ^-3程度以上１×１０^1６ｃｍ^-3程度以下である。第１導電型領域１５におけるアルニウムなどの不純物濃度はたとえば１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度である。第１導電型領域１５は第２導電型領域１４に囲まれて形成されている。

第１の電極２は、炭化珪素からなる基板１０とオーミック接合可能な第１の材料からなる。第１の材料はたとえばＴｉ原子およびＡｌ原子を含んでいても構わない。第１の電極２がＴｉ原子およびＡｌ原子を含む場合、第１の電極２は炭化珪素からなる基板１０に形成されたｐ型である第１導電型領域１５とオーミック接合している。第１の電極２はたとえばＮｉ原子およびＳｉ原子を含んでいても構わない。第１の電極２がＮｉ原子およびＳｉ原子を含んでいる場合、第１の電極２は炭化珪素からなる基板１０に形成されたｎ型である第１導電型領域１５とオーミック接合している。

第２の電極３は、炭化珪素からなる基板１０とショットキー接合可能な第２の材料からなる。第２の材料は第１の材料とは異なる。第２の材料は、たとえばチタン（Ｔｉ）である。第２の材料として、チタン以外にもたとえばニッケル（Ｎｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ)およびタングステン（Ｗ）などを用いても構わない。第２の電極３は基板１０に形成された第２導電型領域１４とショットキー接合しており、かつ第１の電極２と接するように形成されている。好ましくは、第２の電極３は第１の電極２を覆うように形成されている。本実施の形態において第２導電型領域１４はｎ型領域である。なお、第１導電型領域１５がｐ型領域の場合、第２導電型領域１４はｎ型領域であり、第１導電型領域１５がｎ型領域の場合、第２導電型領域はｐ型領域である。

断面視（図１の視野）において第２の電極３は間隔をあけて複数配置されていてもよい。また断面視において第１の電極２と第２の電極３とが交互に配置されていてもよい。第１導電型領域１５は基板１０の主面１０ａからオーミック電極３０に向かって伸長して形成されている。また断面視において第１導電型領域１５と第２導電型領域１４とは間隔を隔てて交互に配置されている。

第２の電極３に接してパッド電極６０が形成されている。パッド電極６０はたとえばアルミニウムからなる。パッド電極６０、第２の電極３および基板１０の主面１０ａに接して保護膜７０が形成されている。また、ｎ+基板１１と接してオーミック電極３０が配置されている。オーミック電極３０はたとえばニッケルからなる。さらに、オーミック電極３０に接してたとえばアルミニウムからなるパッド電極４０が配置されている。

次に、本発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーバリアダイオードの製造方法について、図２〜図６を参照して説明する。

図３を参照して、まず、工程（Ｓ１０：図２）として、基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、たとえばポリタイプが４Ｈである単結晶炭化珪素からなるインゴット（図示しない）をスライスすることにより、導電型がｎ型（第２導電型）のｎ+基板１１が準備される。ｎ+基板には、たとえば窒素（Ｎ）などの不純物が含まれている。ｎ+基板に含まれる不純物濃度は、たとえば５×１０¹⁸ｃｍ^-3程度である。

次に、ｎ+基板１１上に電界停止層１２が形成される。電界停止層１２はｎ型を有する炭化珪素層である。電界停止層１２に含まれる窒素（Ｎ）などの不純物濃度はたとえば５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以下である。その後、電界停止層１２上に導電型がｎ型（第１導電型）である第２導電型領域１４がエピタキシャル成長により形成される。第２導電型領域１４の不純物濃度はたとえば３×１０¹⁵ｃｍ^-3程度以上１×１０^1６ｃｍ^-3程度以下である。

次に、工程（Ｓ２０：図２）として、イオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、たとえば第１導電型領域１５が形成される領域に開口を有する二酸化珪素からなるマスクが基板１０上に形成される。その後、図４を参照して、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、ｎ型領域１４内に注入されることにより、導電型がｐ型（第１導電型）の第１導電型領域１５が形成される。第１導電型領域１５の不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度である。これにより、第２導電型領域１４（ｎ型領域）および第１導電型領域１５（ｐ型領域）を有する炭化珪素からなる基板１０が準備される。第１導電型領域１５は第２導電型領域１４に囲われて形成される。

次に、活性化アニール工程が実施される。この工程では、たとえばアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中、１８００℃程度の温度で基板１０が加熱されることにより、第１導電型領域１５がアニールされ、上記工程（Ｓ２０）にて導入された不純物が活性化される。これにより、不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成する。

次に、工程（Ｓ３０：図２）として、第１の電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図５を参照して、第１の材料からなる第１の電極２が第１導電型領域１５と接して形成される。第１の電極２はたとえばリフトオフにより形成される。第１の材料は、炭化珪素からなる基板１０に形成された第１導電型領域１５とオーミック接合可能な材料である。第１導電型領域１５がｐ型領域の場合、第１の材料はたとえばＴｉを含む部分およびＡｌを含む部分を有している。第１の電極２は、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが積層されていてもよく、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが混合されていてもよい。第１の電極２がＴｉを含む部分とＡｌを含む部分とが積層されている場合、Ｔｉを含む層が第１導電型領域１５の上に接して形成されており、Ｔｉを含む層の上に接してＡｌを含む層が形成されている。Ｔｉを含む層の厚みはたとえば１００ｎｍであり、Ａｌを含む層の厚みはたとえば２００ｎｍである。

基板１０に形成された第１導電型領域がｎ型領域である場合、第１の材料は、炭化珪素からなる基板１０に形成されたｎ型領域とオーミック接合可能な材料である。第１の材料は、たとえばＮｉを含む部分およびＳｉを含む部分を有している。第１の電極２は、Ｎｉを含む部分とＳｉを含み部分とが積層されていてもよく、Ｎｉを含む部分とＳｉを含み部分とが混合されていてもよい。第１の電極２がＮｉを含む部分とＳｉを含む部分とが積層されている場合、Ｎｉを含む層がｎ型領域である第１導電型領域１５の上に接して形成されており、Ｎｉを含む層の上に接してＳｉを含む層が形成されている。Ｎｉを含む層の厚みはたとえば１００ｎｍであり、Ｓｉを含む層の厚みはたとえば１００ｎｍである。好ましくは、第１の電極２のトータルの厚みはたとえば２０ｎｍ程度以上１０００ｎｍ程度以下である。

第１の電極２のトータルの厚みが２０ｎｍ未満であれば炭化珪素基中で反応する電極材料が少なくなり、ある部分では合金化層ができて、その他の部分では未反応の炭化珪素層が残ることで高抵抗になり、良好なオーミック電極を得ることができなくなる可能性がある。また第１の電極２のトータルの厚みが１０００ｎｍより大きいと、リフトオフを利用して電極パターンを形成する場合において、リフトオフが困難になる可能性がある。それゆえ、第１の電極２のトータルの厚みは、２０ｎｍ程度以上１０００ｎｍ程度以下であることが好ましい。

次に、工程（Ｓ４０：図２）として、第１の電極加熱工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、第１の電極２と第１導電型領域１５とがオーミック接合するように第１の電極２が局所的に加熱される。好ましくは、第１の電極２を局所的に加熱する工程は、第１の電極２をレーザーアニールすることにより行われる。第１の電極２の局所加熱は電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）によって行われても構わない。また第１の電極２は、たとえば１０００℃程度にまで加熱される。

レーザーアニールには、たとえばＹＡＧレーザーが用いられ、より具体的には波長が３５５ｎｍ（３倍波）のＹＶＯ₄の固体レーザーが用いられる。レーザーの照射ビームスポットの直径はたとえば２００μｍ以上３００μｍ以下である。照射ビームスポットの電極表面における面積は０．０３ｍｍ²以上であることが好ましい。照射ビームスポットは前の照射ビームスポットと重なるように移動する。たとえば、２０ｋＨｚのパルスレーザーを毎秒１０００ｍｍで走査する場合、照射ビームスポットの走査ステップは５０μｍである。照射ビームスポットは互いに重なり合いながら、電極上をある一定の方向（走査方向）へ走査される。第１導電型領域１５と第１の電極２とがオーミック接合される場合におけるレーザーのエネルギー密度は、たとえば２．０Ｊ／ｃｍ²である。

次に、工程（Ｓ５０：図２）として、第２の電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２の電極３が、第２導電型領域１４と接して形成される。第２の材料は、たとえばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などである。具体的には、図６を参照して、第２の電極３は、基板１０の主面１０ａにおいて第２導電型領域１４と接し、かつ第１の電極２と接するように形成される。好ましくは、第２の電極３は第１の電極２を覆うように形成される。なお、第２の電極３が第２導電型領域１４と接して成膜されることにより、第２の電極３が第２導電型領域１４とショットキー接合しても構わない。

次に、工程（Ｓ６０：図２）として、第２の電極加熱工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、第２の電極３が加熱されることにより、第２の電極３のバリアハイトが調整される。たとえば第１の電極２および第２の電極３が形成された基板１０をアニール炉内に配置して、ランプ加熱によりＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）処理されることにより、第１の電極２、第２の電極３および基板１０全体が加熱される。第２の電極３は、たとえば５００℃程度にまで加熱される。これにより、基板１０の第２導電型領域１４と第２の電極３とがショットキー接合する。なお、第２の電極３の加熱はたとえばレーザーアニールを用いて第２の電極３を局所的に加熱することにより行われても構わない。また第２の電極加熱工程（Ｓ６０)における第２の電極３の加熱温度は、第１の電極加熱工程（Ｓ４０）における第１の電極２の加熱温度よりも低い。

次に、パッド電極および保護膜形成工程が実施される。具体的には、第２の電極３上に接して、たとえばアルミニウムからなるパッド電極６０が形成される。その後、パッド電極６０、第２の電極３および基板１０の主面１０ａと接して保護膜７０が形成される。

次に、オーミック電極形成工程が実施される。具体的には、基板１０の主面１０ａとは反対の面（裏面）の研削が行われ、裏面と接触してたとえばニッケルからなるオーミック電極３０が形成される。その後、オーミック電極３０と接してたとえばアルミニウムからなるパッド電極４０が形成される。これにより、図１に示すワイドギャップ半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１が完成する。

次に、本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法の作用効果について説明する。

本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２と第１導電型領域１５とがオーミック接合するように第１の電極２が局所的に加熱される。第１の電極２が局所的に加熱されるので、基板１０の主面１０ａが直接加熱されることを抑制することができる。それゆえ、基板１０の主面１０ａの荒れを抑制することができる。

また本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第２の電極３を形成する工程は、第２の電極３が第１の電極２と接して形成される。これにより、ドリフト層を流れる電流が基板１０面内において均一化される。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２を局所的に加熱する工程は、レーザーアニールにより行われる。基板１０全体をアニールする場合と異なり、レーザーアニールの場合は、基板１０全体を昇温および降温させる時間を必要としない。そのため、アニール処理のスループットを向上させることができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第２導電型領域１４とショットキー接合する第２の電極３を形成する工程は、第２の電極３を加熱する工程を含む。これにより、第２の電極３のバリアハイトを適切な値に調整することができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１導電型はｐ型であり、かつ第２導電型はｎ型であってもよい。これにより、ドリフト領域がｎ型のショットキーバリアダイオード１を製造することができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２は、Ｔｉを含む部分およびＡｌを含む部分を有していてもよい。これにより、第１の電極２とｐ型領域である第１導電型領域１５との接合を良好なオーミック接合とすることができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２は、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが積層されていてもよい。これにより、第１の電極２とｐ型領域である第１導電型領域１５との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２は、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが混合されていてもよい。これにより、第１の電極２とｐ型領域である第１導電型領域１５との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１導電型はｎ型であり、かつ第２導電型はｐ型であってもよい。これにより、ドリフト領域がｐ型のショットキーバリアダイオード１を製造することができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２は、Ｎｉを含む部分およびＳｉを含む部分を有していてもよい。これにより、第１の電極２とｎ型領域である第１導電型領域１５との接合を良好なオーミック接合とすることができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２は、Ｎｉを含む部分とＳｉを含む部分とが積層されていてもよい。これにより、第１の電極２とｎ型領域である第１導電型領域１５との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、第１の電極２は、Ｎｉを含む部分とＳｉを含む部分とが混合されている。これにより、第１の電極２とｎ型領域である第１導電型領域１５との接合をより良好なオーミック接合とすることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の構成について説明する。実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１は、第２の電極３の外周部と炭化珪素からなる基板１０の主面１０ａとに接する第３の電極５を有する点および第３の電極に接し、炭化珪素からなる基板１０に形成されたガードリング領域１６を有する点において実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置とは異なっており、その他の点においては実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置と同様である。

図７を参照して、実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１は、基板１０と、第１の電極２と、第２の電極３と、第３の電極とを主に有している。第３の電極５は、炭化珪素からなる基板１０の主面１０ａと接し、第１の材料および第２の材料と異なる第３の材料からなりかつ炭化珪素からなる基板１０とショットキー接合する。第２の電極３の外周部３ａが第３の電極５と接する。第３の電極５は、基板１０の主面と保護膜７０とに接する。第３の電極５を構成する第３の材料は、第２の材料よりも高いバリアハイトを有する。たとえば、第２の材料がチタン（Ｔｉ）であり、第３の材料はニッケル（Ｎｉ）である。チタンのバリアハイトは１．２ｅＶ程度であり、ニッケルのバリアハイトは１．５ｅＶ程度である。第３の材料として、ニッケルの他にもたとえばアルミニウム（Ａｌ）などが利用可能である。

ガードリング領域１６は、炭化珪素からなる基板１０の主面１０ａから基板１０の内部に伸長して形成されているｐ型領域である。ガードリング領域１６は基板１０の主面１０ａにおいて第３の電極５と接している。ガードリング領域１６は、基板１０の主面１０ａにおいて第１導電型領域１５を取り囲むように形成されている。

図８を参照して、基板１０の法線方向Ｘから見て、第１の電極２は第３の電極５に取り囲まれている。第２の電極３の形状は基板１０の法線方向Ｘから見てたとえば正方形状である。第２の電極３の一辺Ｌ１の長さはたとえば１ｍｍである。第２の電極３の一辺Ｌ１の長さはたとえば５ｍｍや７ｍｍであっても構わない。第３の電極５の外周部５ａは、第２の電極３の外周部３ａよりも外側に位置している。

次に、本発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーバリアダイオードの製造方法について、図９〜図１４を参照して説明する。

まず、実施の形態１で説明した工程（Ｓ１０：図２）と同様の方法によって基板準備工程（Ｓ１０：図９）が実施される。この工程（Ｓ１０：図９）では、ｎ+基板１１と、当該ｎ+基板１１上に配置された電界停止層１２と、当該電界停止層１２上に配置された第２導電型領域１４（ｎ型領域）を有する炭化珪素からなる基板１０が準備される。第２導電型領域１４の不純物濃度はたとえば３×１０¹⁵ｃｍ^-3程度以上１×１０^1６ｃｍ^-3程度以下である。

次に、工程（Ｓ２０：図９）として、イオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、たとえばガードリング領域１６が形成される領域に開口を有する二酸化珪素からなるマスクが基板１０上に形成される。その後、図１０を参照して、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンがｎ型領域１４内に注入されることにより、導電型がｐ型（第１導電型）のガードリング領域１６（第２の第１導電型領域）が形成される。次に、第１導電型領域１５が形成される領域に開口を有する二酸化珪素からなるマスクが基板１０上に形成される。その後、図１１を参照して、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンがｎ型領域１４内に注入されることにより、導電型がｐ型（第１導電型）の第１導電型領域１５が形成される。好ましくは、第１導電型領域１５はガードリング領域１６に囲まれて形成される。第１導電型領域１５の不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度である。これにより、第１導電型領域１５、第２導電型領域１４およびガードリング領域１６を含む炭化珪素からなる基板１０が準備される。

次に、活性化アニール工程が実施される。この工程では、たとえばアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中、１８００℃程度の温度で基板１０が加熱されることにより、第１導電型領域１５およびガードリング領域１６がアニールされ、上記工程（Ｓ２０）にて導入された不純物が活性化される。これにより、不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成する。

次に、工程（Ｓ２５：図９）として、第３の電極形成工程が実施される。図１２を参照して、この工程（Ｓ２５）では、後述する第１の材料および第２の材料とは異なり、かつ第２の材料よりもバリアハイトの高い第３の材料からなる第３の電極５が、基板１０の主面１０ａ上に形成される。また第３の電極５は、基板１０の主面１０ａにおいてガードリング領域１６と接して形成される。第３の材料はたとえばニッケル（Ｎｉ）である。第３の材料として、ニッケルの他にもたとえばアルミニウム（Ａｌ）などが利用可能ある。

次に、工程（Ｓ３０：図９）として、第１の電極形成工程が実施される。図１３を参照して、この工程（Ｓ３０）では、第１の材料からなる第１の電極２が第１導電型領域１５と接して形成される。第１の電極２はたとえばリフトオフにより形成される。第１の材料は、炭化珪素からなる基板１０に形成された第１導電型領域１５とオーミック接合可能な材料である。第１導電型領域１５がｐ型領域である場合、第１の材料は、たとえばＴｉを含む部分およびＡｌを含む部分を有している。第１の電極２は、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが積層されていてもよく、Ｔｉを含む部分とＡｌを含む部分とが混合されていてもよい。第１の電極２がＴｉを含む部分とＡｌを含む部分とが積層されている場合、Ｔｉを含む層が第１導電型領域１５の上に接して形成されており、Ｔｉを含む層の上に接してＡｌを含む層が形成されている。Ｔｉを含む層の厚みはたとえば１００ｎｍであり、Ａｌを含む層の厚みはたとえば２００ｎｍである。

基板１０に形成された第１導電型領域１５がｎ型領域である場合、第１の材料は、炭化珪素からなる基板１０に形成されたｎ型領域とオーミック接合可能な材料である。第１の材料は、たとえばＮｉを含む部分およびＳｉを含む部分を有している。第１の電極２は、Ｎｉを含む部分とＳｉを含み部分とが積層されていてもよく、Ｎｉを含む部分とＳｉを含む部分とが混合されていてもよい。第１の電極２がＮｉを含む部分とＳｉを含む部分とが積層されている場合、Ｎｉを含む層がｎ型領域である第１導電型領域１５の上に接して形成されており、Ｎｉを含む層の上に接してＳｉを含む層が形成されている。Ｎｉを含む層の厚みはたとえば１００ｎｍであり、Ｓｉを含む層の厚みはたとえば１００ｎｍである。好ましくは、第１の電極２のトータルの厚みはたとえば２０ｎｍ程度以上１０００ｎｍ程度以下である。

なお、本実施の形態では、第３の電極５を形成した後の第１の電極２を形成する場合について説明したが、第１の電極２を形成した後に第３の電極５を形成しても構わない。

次に、工程（Ｓ３５：図９）として、第３の電極加熱工程が実施される。この工程（Ｓ３５）では、第３の電極５と炭化珪素からなる基板１０とがショットキー接合するように第３の電極５が局所的に加熱される。好ましくは、第３の電極５を局所的に加熱する工程は、第３の電極５をレーザーアニールすることにより行われる。第３の電極５の局所加熱は電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）によって行われても構わない。なお第３の電極５は、たとえば３００℃程度まで加熱される。第３の電極５は、第３の電極５のバリアハイトが第２の電極３のバリアハイトよりも高くなるような温度で加熱される。

次に、工程（Ｓ４０：図９）として、第１の電極加熱工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、第１の電極２と第１導電型領域１５とがオーミック接合するように第１の電極２が局所的に加熱される。好ましくは、第１の電極２を局所的に加熱する工程は、第１の電極２をレーザーアニールすることにより行われる。第１の電極２の局所加熱は電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）によって行われても構わない。なお第１の電極２は、たとえば１０００℃程度まで加熱される。

本実施の形態では、第３の電極５を加熱した後の第１の電極２を加熱する場合について説明したが、第１の電極２を加熱した後に第３の電極５を加熱しても構わない。

次に、工程（Ｓ５０：図９）として、第２の電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２の電極３が、第２導電型領域１４と接して形成される。また第２の電極３の外周部３ａが第３の電極５と接して第２の電極３が形成される。第２の材料は、たとえばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などである。具体的には、図１４を参照して、第２の電極３は、基板１０の主面１０ａにおいて第２導電型領域１４と接し、かつ第１の電極２および第３の電極５と接するように形成される。好ましくは、第２の電極３は第１の電極２を覆うように形成され、かつ第３の電極５の一部を覆うように形成される。また第２の電極３の外周部３ａが第３の電極５の外周部５ａの内側に位置するように第３の電極５が形成される。なお、第２の電極３が第２導電型領域１４と接して成膜されることにより、第２の電極３が第２導電型領域１４とショットキー接合しても構わない。

次に、工程（Ｓ６０：図９）として、第２の電極加熱工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、第２の電極３が加熱されることにより、第２の電極３のバリアハイトが調整される。たとえば第１の電極２および第２の電極３が形成された基板１０をアニール炉内に配置して、ランプ加熱によりＲＴＡ処理されることにより、第１の電極２、第２の電極３、第３の電極５および基板１０全体が加熱される。第２の電極３は、たとえば５００℃程度にまで加熱される。これにより、基板１０の第２導電型領域１４と第２の電極３とがショットキー接合する。なお、第２の電極３の加熱はたとえばレーザーアニールを用いて第２の電極３を局所的に加熱することにより行われても構わない。また第２の電極加熱工程（Ｓ６０)における第２の電極３の加熱温度は、第１の電極加熱工程（Ｓ４０）における第１の電極２の加熱温度よりも低く、第３の電極加熱工程（Ｓ３５）における第３の電極５の加熱温度よりも低い。

第１の電極２、第２の電極３または第３の電極５をレーザーアニールによって加熱する場合におけるレーザーアニールの条件は実施の形態１で説明した条件と同様である。

次に、パッド電極および保護膜形成工程が実施される。具体的には、第２の電極３上に接して、たとえばアルミニウムからなるパッド電極６０が形成される。その後、パッド電極６０、第２の電極３、第３の電極５および基板１０の主面１０ａと接して保護膜７０が形成される。

次に、オーミック電極形成工程が実施される。具体的には、基板１０の主面１０ａとは反対の面（裏面）の研削が行われ、裏面と接触してたとえばニッケルからなるオーミック電極３０が形成される。その後、オーミック電極３０と接してたとえばアルミニウムからなるパッド電極４０が形成される。これにより、図７に示すワイドギャップ半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１が完成する。

次に、実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーバリアダイオード１の第１の変形例について説明する。

図１５を参照して、ショットキーバリアダイオード１は、第３の電極５を有しておらず、第２の電極３の外周部３ａが直接ガードリング領域１６に接していても構わない。たとえば、上述した第２の電極形成工程（Ｓ５０：図９）において、第２の電極３が第２導電型領域１４および第１の電極２と接し、かつ第２の電極３の外周部３ａがガードリング領域１６と接するように第２の電極が形成される。これにより、図１５に示したショットキーバリアダイオード１が製造可能である。

次に、実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーバリアダイオード１の第２の変形例について説明する。

図１６を参照して、ショットキーバリアダイオード１は、ガードリング領域１６を有しておらず、第３の電極５が基板１０の第２導電型領域１４と接していても構わない。たとえば、上述したイオン注入工程（Ｓ２０：図９）において、炭化珪素からなる基板１０の第２導電型領域１４にガードリング領域１６が形成されず、第１導電型領域１５のみが形成される。その後、第３の電極形成工程（Ｓ２５：図９）において、第３の電極５が基板１０の主面において第２導電型領域１４と接するように形成される。これにより、図１６に示したショットキーバリアダイオード１が製造可能である。

なお、上記各実施の形態において、第１導電型をｎ型とし、かつ第２導電型をｐ型として説明したが、第１導電型がｐ型であってかつ第２導電型がｎ型であっても構わない。また、上記各実施の形態においては、炭化珪素半導体装置としてショットキーバリアダイオードを例に挙げて説明したが本発明はこれに限定されない。炭化珪素半導体装置はショットキー接合を有するトランジスタであってもよく、たとえばＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであってもよい。

次に、本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法の作用効果について説明する。

本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、基板１０は、第１導電型領域１５とは異なるガードリング領域１６を含む。第２の電極３を形成する工程では、第２の電極３の外周部３ａがガードリング領域１６と接して形成される。これにより、外周部３ａに電界が集中することを緩和することができる。

また本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、炭化珪素からなる基板１０の主面１０ａと接し、第１の材料および第２の材料と異なる第３の材料からなりかつ炭化珪素からなる基板１０とショットキー接合する第３の電極５を形成する工程をさらに有する。第２の電極３を形成する工程では、第２の電極３の外周部３ａが第３の電極５と接して第２の電極３が形成される。第３の材料は、第２の材料よりも高いバリアハイトを有する。これにより、第２の電極３の外周部３ａにおけるリーク電流を低減することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ショットキーバリアダイオード、２ 第１の電極、３ 第２の電極、３ａ 外周部、５ 第３の電極、５ａ 外周部、１０ 基板、１０ａ 主面、１１ ｎ+基板、１２ 電界停止層、１４ 第２導電型領域、１５ 第１導電型領域、１６ ガードリング領域、３０ オーミック電極、４０，６０ パッド電極、７０ 保護膜。

Claims (14)

1. 第１導電型領域および第２導電型領域を含む炭化珪素基板を準備する工程と
   前記第１導電型領域に接して第１の材料からなる第１の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極と前記第１導電型領域とがオーミック接合するように前記第１の電極を局所的に加熱する工程と、
   前記第１の材料とは異なる第２の材料からなり、前記第２導電型領域とショットキー接合する第２の電極を形成する工程とを備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
2. 前記第２の電極を形成する工程は、前記第２の電極が前記第１の電極と接して形成される、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
3. 前記第１の電極を局所的に加熱する工程は、レーザーアニールにより行われる、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
4. 前記第２導電型領域とショットキー接合する前記第２の電極を形成する工程は、前記第２の電極を加熱する工程を含む、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。
5. 前記炭化珪素基板は、前記第１導電型領域とは異なる第２の第１導電型領域を含み、
   前記第２の電極を形成する工程では、前記第２の電極の外周部が前記第２の第１導電型領域と接して形成される、請求項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. 前記炭化珪素基板の主面と接し、前記第１の材料および前記第２の材料と異なる第３の材料からなりかつ前記炭化珪素基板とショットキー接合する第３の電極を形成する工程をさらに備え、
   前記第２の電極を形成する工程では、前記第２の電極の外周部が前記第３の電極と接して前記第２の電極が形成され、
   前記第３の材料は、前記第２の材料よりも高いバリアハイトを有する、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。
7. 前記第１導電型はｐ型であり、かつ前記第２導電型はｎ型である、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。
8. 前記第１の電極は、Ｔｉを含む部分およびＡｌを含む部分を有する、請求項７に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
9. 前記第１の電極は、前記Ｔｉを含む部分と前記Ａｌを含む部分とが積層されている、請求項８に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
10. 前記第１の電極は、前記Ｔｉを含む部分と前記Ａｌを含む部分とが混合されている、請求項８に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
11. 前記第１導電型はｎ型であり、かつ前記第２導電型はｐ型である、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。
12. 前記第１の電極は、Ｎｉを含む部分およびＳｉを含む部分を有する、請求項１１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
13. 前記第１の電極は、前記Ｎｉを含む部分と前記Ｓｉを含む部分とが積層されている、請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
14. 前記第１の電極は、前記Ｎｉを含む部分と前記Ｓｉを含む部分とが混合されている、請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

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