JP2016149412A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成する電極膜と、電極膜上に積層される配線膜との密着性を確保することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】ＳｉＣ半導体部１の表面に、ニッケルからなる第１電極膜２と、ニッケル、シリコンおよびタンタルからなる第２電極膜３とを順に積層してなる表面電極膜４を形成する。第１電極膜２の厚さは３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第２電極膜の組成は６０Ｎｉ３０Ｓｉ１０Ｔａから５３Ｎｉ２７Ｓｉ２０Ｔａまでの範囲内である。次に、熱処理によりＳｉＣ半導体部１と第１電極膜２とを反応させてニッケルシリサイド膜を生成し、オーミックコンタクトを形成する。このとき、ＳｉＣ半導体部１から遊離した余剰の炭素原子は、第２電極膜３中のタンタル原子と結合してシリサイド化されるため、表面電極膜４の表面に析出されにくい。その後、表面電極膜４の表面に配線膜を形成する。【選択図】図２
Description
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
従来、炭化珪素（以下、ＳｉＣとする）半導体は、熱的、化学的、機械的に安定であり、発光素子や高周波デバイス、電力用半導体装置（パワーデバイス）として様々な産業分野への適用が期待されている。特に、ＳｉＣ半導体を用いた高耐圧のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は、シリコン（Ｓｉ）半導体を用いたパワーデバイスよりもオン抵抗が低いという利点を有する。また、ＳｉＣ半導体を用いたショットキーダイオードは、シリコン半導体を用いたショットキーダイオードよりも順方向の降下電圧が低くなることが報告されている。
また、パワーデバイスのオン抵抗とスイッチング速度とはトレードオフ関係にあるが、ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスは、低オン抵抗化と高速スイッチング速度化とを同時に達成することができる可能性がある。ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスの低オン抵抗化には、電極膜とＳｉＣ半導体部との間に形成されるオーミックコンタクト（電気的接触部）のコンタクト抵抗の低減が重要である。また、パワーデバイスの高速スイッチング速度化のためにも、ＳｉＣ半導体部に対するオーミックコンタクトのコンタクト抵抗は大きな問題である。この点に関し、ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスの実用化における問題の１つは、各デバイスの構造および作製（製造）プロセスに適合した実用的な低抵抗のオーミックコンタクトを形成するための技術が十分に確立されていないことが挙げられる。
例えば、ｎ型ＳｉＣ半導体部との低抵抗なオーミックコンタクトを形成する方法として広く活用されている従来技術として、電極膜をｎ型ＳｉＣ半導体部上に被着させて形成したオーミック電極構造体を８００℃〜１２００℃程度の高温で熱処理する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１（第００３８〜００３９段落）参照。）。電極材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）などが公知である（例えば、下記特許文献１（第００５３段落）および下記特許文献２（第００１１〜００１３段落）参照。）。特に電極材料としてニッケルを用いたオーミックコンタクトでは１０-6Ωｃｍ2台の実用的なコンタクト抵抗値が得られており、極めて有望なオーミックコンタクトとなる。
電極材料としてニッケルを用いた場合、高温熱処理によりニッケル膜とＳｉＣ半導体部とが反応し、電極膜としてニッケル−シリコン−炭素（Ｃ）が混合した導電性の反応層（例えばニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜）が形成される。このとき、電極膜の表面付近には反応層が生成されることでＳｉＣ半導体部から遊離（拡散）した炭素原子が多く析出し、電極膜表面は遊離した炭素原子が析出してなる炭素層でほぼ覆われる。このため、電極膜表面に析出した炭素層により、電極膜と、当該電極膜上にさらに積層（形成）する配線のためのアルミニウム（Ａｌ）などからなる配線膜との密着性が悪くなり、配線膜が剥離する原因となる虞がある。配線膜の剥離を抑制するには、配線膜をある程度高温で成膜したり、配線膜の表面に析出した炭素層を物理的、化学的に除去する必要がある。
上述したように、電極材料としてニッケルを用いた場合、高温熱処理により形成された電極膜（ニッケルシリサイド膜）表面にＳｉＣ半導体部から遊離した炭素原子が析出してしまう。この析出した炭素原子が原因となり、電極膜上に形成するアルミニウム膜などの配線膜が剥離しやすいという問題がある。
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、ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成する電極膜と、この電極膜上に積層される配線膜との密着性を確保することができる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。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体部と、前記炭化珪素半導体部の表面に形成された表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、前記炭化珪素半導体部の表面に、前記表面電極膜としてニッケルからなる第１電極膜を形成する第１形成工程を行う。次に、前記第１電極膜の表面に、前記表面電極膜としてニッケル、シリコンおよびタンタルを含む第２電極膜を形成する第２形成工程を行う。次に、熱処理により前記炭化珪素半導体部のシリコン原子と前記第１電極膜のニッケル原子とを反応させて前記第１電極膜をシリサイド化することで、前記炭化珪素半導体部と前記表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する熱処理工程を行う。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、前記熱処理工程時に前記炭化珪素半導体部から遊離する炭素原子の原子数に近い原子数でタンタル原子を含有する前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、１０ａｔ％以上２０ａｔ％以下の含有率でタンタル原子を含有する前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、炭化珪素半導体とニッケルとの反応により生成されるニッケルシリサイドの組成比に近い組成比でニッケル原子およびシリコン原子を含有する前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、シリコン原子の２倍の含有率でニッケル原子を含有する前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、ニッケル原子を６０ａｔ％、シリコン原子を３０ａｔ％およびタンタル原子を１０ａｔ％とする含有率から、ニッケル原子を５３ａｔ％、シリコン原子を２７ａｔ％およびタンタル原子を２０ａｔ％とする含有率までの範囲内の組成で前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１形成工程では、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さで前記第１電極膜を形成することを特徴とする。
上述した発明によれば、熱処理時に第１電極膜との反応によりＳｉＣ半導体部から遊離した余剰の炭素原子を第２電極膜中のタンタル原子と結合させることができる。これにより、ＳｉＣ半導体部から遊離した余剰の炭素原子を表面電極膜の内部に取り込むことができるため、表面電極膜の最表面への炭素原子の析出を抑制することができる。これによって、表面電極膜と、表面電極膜の最表面に形成される配線膜との密着性を高くすることができるため、配線膜の剥離が生じにくくなる。また、表面電極膜としてニッケルシリサイドを含む金属膜を形成することができるため、ＳｉＣ半導体部との強い密着性を有し、かつ低コンタクト抵抗となる。
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、高温熱処理を行う場合であっても、ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成する電極膜と、この電極膜上に積層される配線膜との密着性を確保す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。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、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）
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体からなる半導体部（ＳｉＣ半導体部）と表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する方法を説明する。図１は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。図２は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図２には、ｎ型ＳｉＣ半導体部１上に第１，２電極膜２，３を順に積層してなる表面電極膜４を形成した直後の状態を示す。ｎ型ＳｉＣ半導体部１とは、例えば、ｎ型ＳｉＣ半導体からなるｎ型の半導体基板（以下、ＳｉＣ基板とする）、ＳｉＣ基板上に積層されたｎ型ＳｉＣ半導体層（エピタキシャル層）、またはＳｉＣ基板の表面層に設けられたｎ型ＳｉＣ領域である。表面電極膜４は、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子（炭化珪素半導体装置）のおもて面電極または裏面電極であり、その表面に配線膜が形成される。
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体からなる半導体部（ＳｉＣ半導体部）と表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する方法を説明する。図１は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。図２は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図２には、ｎ型ＳｉＣ半導体部１上に第１，２電極膜２，３を順に積層してなる表面電極膜４を形成した直後の状態を示す。ｎ型ＳｉＣ半導体部１とは、例えば、ｎ型ＳｉＣ半導体からなるｎ型の半導体基板（以下、ＳｉＣ基板とする）、ＳｉＣ基板上に積層されたｎ型ＳｉＣ半導体層（エピタキシャル層）、またはＳｉＣ基板の表面層に設けられたｎ型ＳｉＣ領域である。表面電極膜４は、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子（炭化珪素半導体装置）のおもて面電極または裏面電極であり、その表面に配線膜が形成される。
まず、一般的な方法により所定の素子構造（デバイス構造）を形成する（ステップＳ１）。すなわち、ステップＳ１において、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子（半導体チップ）を作製する。素子構造の各構成部とは、素子構造に応じて形成される半導体領域や半導体層である。素子構造は、ｎ型ＳｉＣ半導体部１の内部および表面に各構成部が形成された構成であってもよいし、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を１つの構成部として含む構成であってもよい。具体的には、素子構造の各構成部とは、例えばＭＯＳＦＥＴを作製（製造）する場合、おもて面素子構造であるＭＯＳゲート（金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート）構造を構成するｐ型ベース領域やｎ+型ソース領域や、裏面素子構造を構成するｎ+型ドレイン領域などである。次に、このｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子を一般的な方法により洗浄する（ステップＳ２）。
次に、図２に示すように、ｎ型ＳｉＣ半導体部１の上（表面）に、ニッケル（Ｎｉ）からなる第１電極膜（Ｎｉ膜）２を成膜（形成）する（ステップＳ３）。第１電極膜２の厚さは、余剰の炭素原子を抑制するために薄いほうが好ましく、例えば３ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度であることがよい。その理由は、次の通りである。第１電極膜２の厚さを３ｎｍ未満とした場合、後述するオーミックコンタクトを形成するための熱処理において第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子との反応量が少なすぎてオーミック特性（コンタクト抵抗値）に悪影響が及ぶからである。また、第１電極膜２の厚さが１０ｎｍを超える場合、オーミックコンタクトを形成するための熱処理において第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子との反応量が多くなる。これにより、第１電極膜２との反応によってｎ型ＳｉＣ半導体部１から遊離（拡散）した余剰の炭素（Ｃ）原子が表面電極膜４の表面に析出しやすくなるからである。
次に、例えば第１電極膜２の成膜に連続して、第１電極膜２の表面に、ニッケル、シリコンおよびタンタル（Ｔａ）をそれぞれ所定の組成比で含む第２電極膜（ＮｉＳｉＴａ膜）３を成膜する（ステップＳ４）。ステップＳ３，Ｓ４の工程により、ｎ型ＳｉＣ半導体部１上に、第１，２電極膜２，３を順に積層してなる表面電極膜４が形成される。第２電極膜３は、オーミックコンタクトを形成するための熱処理時にｎ型ＳｉＣ半導体部１から遊離する余剰の炭素原子の原子数に近い原子数でタンタル原子を含有することが好ましい。具体的には、第２電極膜３中のタンタル原子の含有率は、例えば１０ａｔ％以上２０ａｔ％以下程度であることがよい。その理由は、次の通りである。オーミックコンタクトを形成するための熱処理においてｎ型ＳｉＣ半導体部１から遊離した余剰の炭素原子は、第２電極膜３中のタンタル原子と結合してカーバイド化される。カーバイド化された炭素原子は、表面電極膜４中に取り込まれ、表面電極膜４の表面に析出しにくくなる。このとき、第２電極膜３中のタンタル原子の含有率が１０ａｔ％未満である場合、タンタル原子が足りないことで、タンタル原子と結合されずに表面電極膜４の表面に析出する余剰の炭素原子が多くなるからである。第２電極膜３中のタンタル原子の含有率が２０ａｔ％を超える場合、第２電極膜３中のニッケル原子およびシリコン原子の含有率（ニッケルシリサイドの含有率）が相対的に低くなることや、タンタル原子が余剰の炭素原子と結合されずに未結合のまま残りやすくなることで、オーミック特性に悪影響が及ぶからである。
また、第２電極膜３中に含まれるニッケル原子およびシリコン原子の組成比は、ｎ型ＳｉＣ半導体部とニッケル膜のみとの反応により生成されるニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）膜の組成比に近いことが好ましい。その理由は、オーミックコンタクトを形成するための熱処理において第２電極膜３中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子との反応を最小限にすることができるからである。これにより、第２電極膜３との反応によってｎ型ＳｉＣ半導体部１から余剰の炭素原子が遊離することを抑制することができる。したがって、第２電極膜３は、シリコン原子の含有率の２倍程度の含有率でニッケル原子を含有し（Ｎｉ：Ｓｉ＝２：１）、かつタンタル原子の含有率を上記範囲内とすることが好ましい。具体的には、第２電極膜３の組成は、例えば６０Ｎｉ３０Ｓｉ１０Ｔａから５３Ｎｉ２７Ｓｉ２０Ｔａまでの範囲内であることが好ましい。第２電極膜３の組成を示す「○Ｎｉ△Ｓｉ◇Ｔａ」とは、ニッケル原子を○ａｔ％、シリコン原子を△ａｔ％およびタンタル原子を◇ａｔ％で含有することを示している。
第１，２電極膜２，３の成膜には、例えば、直流（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）スパッタリング法を用いてもよい。具体的には、例えば、スパッタリング装置の処理炉に挿入したＳｉＣ半導体基体（炭化珪素半導体素子の、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を含むＳｉＣ半導体で構成される部分全体）に３００Ｗの直流電力を印加し、室温（例えば２５℃）、すなわちＳｉＣ半導体基体を加熱せずに、圧力１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でスパッタリングを行う。第１電極膜２の成膜には、例えば純度９９．９９ｗｔ％のニッケルからなるターゲットを用いてもよい。第２電極膜３の成膜には、例えば、第２電極膜３の上記組成の範囲内の組成比でニッケル、シリコンおよびタンタルを含むターゲットを用いる。
次に、第１，２電極膜２，３が積層された状態のｎ型ＳｉＣ半導体基体（素子全体）を高温の真空雰囲気中で熱処理することにより、ｎ型ＳｉＣ半導体部１と表面電極膜４とのオーミックコンタクトを形成する。（ステップＳ５）。具体的には、例えば、５×１０-4Ｐａ以下に排気した真空雰囲気中において１０００℃程度の温度で５分間程度の高温熱処理を行い、その後室温まで冷却する。この熱処理によって、第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子とが反応して、ニッケルシリサイド膜が生成される。第１電極膜２全体がシリサイド化されてもよい。第１電極膜２がシリサイド化されることによりｎ型ＳｉＣ半導体部１から余剰の炭素原子が遊離し、第１電極膜２とｎ型ＳｉＣ半導体部１との反応により生成されたニッケルシリサイド膜中に取り込まれる。ニッケルシリサイド膜中に取り込まれた余剰の炭素原子は、第２電極膜３中のタンタル原子と結合してカーバイド化されることで、表面電極膜４の表面に析出しにくくなる。すなわち、余剰の炭素原子は表面電極膜４の内部に取り込まれる。表面電極膜４は、ニッケルシリサイドおよび炭化タンタル（ＴａＣ）を含む金属膜となり、ｎ型ＳｉＣ半導体部１との強い密着性を有し、かつ低コンタクト抵抗となる。
次に、第２電極膜３の表面に、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる配線膜（不図示）を形成する（ステップＳ６）。その後、配線膜の形成後に行う一般的な工程を行うことで、ｎ型ＳｉＣ半導体部１とのオーミックコンタクトをなす表面電極膜４を備えた炭化珪素半導体素子が完成する。
以上、説明したように、実施の形態によれば、表面電極膜として、ニッケルからなる第１電極膜と、ニッケル、シリコンおよびタンタルを含む第２電極膜とを順に積層することで、その後の熱処理において、第１電極膜との反応によってＳｉＣ半導体部から遊離した余剰の炭素原子を第２電極膜中のタンタル原子と結合させることができる。これにより、ＳｉＣ半導体部から遊離した余剰の炭素原子を表面電極膜の内部に取り込むことができるため、表面電極膜の表面（第２電極膜の表面）、すなわち配線膜との界面への余剰の炭素原子の析出を抑制することができる。したがって、表面電極膜と配線膜との密着性を高くすることができ、配線膜の剥離が生じにくくなる。また、表面電極膜としてニッケルシリサイドを含む金属膜を形成することができるため、ＳｉＣ半導体部との強い密着性を有し、かつ低コンタクト抵抗となる。したがって、高温熱処理を行う場合であっても、最表面への余剰の炭素原子の析出を抑制して配線膜との密着性を確保した、良好なオーミック特性を示す表面電極膜を形成することができる。
また、実施の形態によれば、第１電極膜の厚さを薄くすることで、第１電極膜との反応によりＳｉＣ半導体部から遊離する余剰の炭素原子の原子数を低減することができる。また、第２電極膜のニッケル原子およびシリコン原子の組成比をニッケルシリサイドの組成比に近い組成比とすることで、第２電極膜中に予めシリコン原子が存在するため、第２電極膜中のニッケル原子がＳｉＣ半導体部中のシリコン原子と反応することを抑制することができる。これにより、第１電極膜との反応以外にＳｉＣ半導体部から余剰の炭素原子が遊離することはほぼない。このように、ＳｉＣ半導体部から遊離する余剰の炭素原子を少なくすることができることで、第２電極膜中のタンタル原子の含有率を低くすることができる。このため、第２電極膜中のニッケル原子およびシリコン原子の含有率を相対的に高くすることができるとともに、余剰の炭素原子と結合されずに未結合のままタンタル原子が残ることを抑制することができる。このため、オーミック特性に悪影響が及ぶことを防止することができる。
（実施例）
次に、第１電極膜２の厚さおよび第２電極膜３の組成と表面電極膜４の表面（配線膜との界面）付近の組成との関係について検証した。図３は、従来例１における表面電極膜の深さ方向の元素分布を示す特性図である。図４は、実施例１における第１電極膜の厚さ（Ｎｉ膜厚）と熱処理後の表面電極膜の表面付近の組成との関係を示す図表である。図５は、実施例２における第２電極膜の組成（ＮｉＳｉＴａ膜組成）と熱処理後の表面電極膜の表面付近の組成との関係を示す図表である。図６は、実施例２における表面電極膜の深さ方向の元素分布を示す特性図である。図３，６の元素分布および図４，５の表面組成は、ともにＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって検出とスパッタリングとを交互に行うことで表面電極膜４の深さ方向の組成を測定している。
次に、第１電極膜２の厚さおよび第２電極膜３の組成と表面電極膜４の表面（配線膜との界面）付近の組成との関係について検証した。図３は、従来例１における表面電極膜の深さ方向の元素分布を示す特性図である。図４は、実施例１における第１電極膜の厚さ（Ｎｉ膜厚）と熱処理後の表面電極膜の表面付近の組成との関係を示す図表である。図５は、実施例２における第２電極膜の組成（ＮｉＳｉＴａ膜組成）と熱処理後の表面電極膜の表面付近の組成との関係を示す図表である。図６は、実施例２における表面電極膜の深さ方向の元素分布を示す特性図である。図３，６の元素分布および図４，５の表面組成は、ともにＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって検出とスパッタリングとを交互に行うことで表面電極膜４の深さ方向の組成を測定している。
まず、従来の一般的な炭化珪素半導体装置の製造方法によって、ｎ型ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトをなす表面電極膜を形成した試料を作製した（以下、従来例１とする）。具体的には、従来例１では、ｎ型ＳｉＣ半導体部の表面に１００ｎｍの厚さのニッケル膜を成膜した後、熱処理によりニッケル膜がシリサイド化されてなる表面電極膜を形成した。すなわち、従来例１の表面電極膜はニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）膜である。従来例１の熱処理条件は、後述する実施例１と同様である。そして、ＸＰＳ法により、表面電極膜の表面（ｎ型ＳｉＣ半導体部側に対して反対側の表面（以下、最表面とする））からの深さ方向の元素分布を測定した。その結果を図３に示す。図３において、スパッタリング時間＝０分の位置が表面電極膜の最表面である（図６においても同様）。
図３に示す結果より、従来例１では、ｎ型ＳｉＣ半導体部（ＳｉＣ層）中のシリコン原子および炭素原子が表面電極膜中（ＳｉＣ層よりも左側の部分）に拡散していることが確認された。また、表面電極膜との反応によりｎ型ＳｉＣ半導体部から遊離した炭素原子は、表面電極膜（Ｎｉ2Ｓｉ＋Ｃ層）に取り込まれ、かつ表面電極膜を抜けて最表面に多量に析出し炭素層（Ｃ層）を形成していることが確認された。一般的に、ニッケルはシリコンと反応して、ニッケルシリサイドになることが知られている。このため、図３に示す結果から、従来例１では、熱処理によりニッケル膜とｎ型ＳｉＣ半導体部とが反応して表面電極膜となるニッケルシリサイド膜が形成され、この反応によって生じた余剰の炭素原子が表面電極膜の最表面に多量に析出されることがわかる。
表面電極膜の最表面に析出した炭素層は、アルミニウムからなる配線膜との密着性が悪い。表面電極膜の最表面に炭素層が析出している状態でアルミニウムからなる配線膜を成膜した場合、配線膜が剥離しやすくなる。配線膜との密着性を向上させるには、ｎ型ＳｉＣ半導体部中の炭素原子を表面電極膜の最表面にまで拡散させないか、表面電極膜とｎ型ＳｉＣ半導体部との反応により生じる余剰の炭素原子を除去する必要がある。そこで、本発明においては、表面電極膜４の最表面への炭素原子の拡散が抑制されるように、表面電極膜４を第１電極膜２（Ｎｉ膜）および第２電極膜３（ＮｉＳｉＴａ膜）を順に積層した構成としている。第１，２電極膜２，３の好適な条件について検証した。
まず、第１電極膜２の厚さについて検証した。上述した実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法にしたがい、第１電極膜２の厚さの異なる複数の試料を作製した（以下、実施例１とする）。実施例１の各試料は、例示した上記諸条件で熱処理を行っている。また、実施例１の各試料において、第２電極膜３の厚さおよび組成はそれぞれ９０ｎｍおよび６０Ｎｉ３０Ｓｉ１０Ｔａとした。そして、実施例１の各試料について、ＸＰＳ法により表面電極膜４の最表面からの深さ方向の元素分布を測定した。その結果を図４に示す。図４には、表面電極膜４の最表面付近のシリコン原子の含有率（Ｓｉ組成）およびニッケル原子の含有率（Ｎｉ組成）と、表面電極膜４の最表面への炭素原子の析出量（Ｃ組成）とを示す（図５においても同様）。
図４に示す結果より、第１電極膜２の厚さが１０ｎｍを超えると、第１電極膜２の厚さが厚くなるほど表面電極膜４の最表面への炭素原子の析出量が多くなることがわかる。この理由は、第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子との反応量が多くなり、ｎ型ＳｉＣ半導体部１から遊離する余剰の炭素原子が多くなるからである。したがって、第１電極膜２の厚さは薄いことが望ましいが、上述したように第１電極膜２の厚さを薄くしすぎた場合（例えば３ｎｍ未満）、第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子との反応が少なすぎることでオーミック特性に悪影響が及ぶ。このため、第１電極膜２の厚さは、ｎ型ＳｉＣ半導体部１との良好なオーミックコンタクトを形成可能な３ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度であることが望ましいことがわかる（太枠で囲む範囲）。
次に、第２電極膜３の組成について検証した。上述した実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法にしたがい、第２電極膜３中のタンタル原子の含有率の異なる複数の試料を作製した（以下、実施例２とする）。実施例２の各試料において、第２電極膜３の組成（ＮｉＳｉＴａ膜組成）は、ニッケル原子の含有率をシリコン原子の含有率の２倍となるように設定している（Ｎｉ：Ｓｉ＝２：１）。また、第１電極膜２の厚さおよび第２電極膜３の厚さをそれぞれ１０ｎｍおよび９０ｎｍとした。実施例２の各試料の熱処理条件は実施例１と同様である。そして、実施例２の各試料について、ＸＰＳ法により表面電極膜４の最表面からの深さ方向の元素分布を測定した。その結果を図５，６に示す。図６には、実施例２の各試料のうち、第２電極膜３の組成を６０Ｎｉ３０Ｓｉ１０Ｔａとした場合の試料を示す。
図５に示すように、実施例２においては、第２電極膜３中のタンタル原子の含有率が１０ａｔ％未満と少ない場合には、表面電極膜４の最表面への炭素原子の析出を抑制する効果が小さいことが確認された。一方、第２電極膜３中のタンタル原子の含有率を１０ａｔ％以上とすることで、表面電極膜４の最表面への炭素原子の析出を抑制する効果が高いことが確認された。図６に示す結果からも、ｎ型ＳｉＣ半導体部１（ＳｉＣ層）と表面電極膜４（Ｎｉ2Ｓｉ＋ＴａＣ層）との境界付近から表面電極膜４の最表面（スパッタリング時間＝０分の位置）に向って炭素原子の含有率が減少していることがわかる。図示省略するが、第２電極膜３中のタンタル原子の含有率が２０ａｔ％を超える場合、第２電極膜３中に未結合のタンタル原子が残りやすく、オーミック特性に悪影響が及ぶことが発明者によって確認されている。したがって、第２電極膜３中のタンタル原子の含有率は１０ａｔ％以上２０ａｔ％以下程度であることが好ましい（太枠で囲む範囲）。
上記検証結果から、第１電極膜２の厚さを３ｎｍ以上１０ｎｍ以下とし、第２電極膜３の組成を６０Ｎｉ３０Ｓｉ１０Ｔａから５３Ｎｉ２７Ｓｉ２０Ｔａまでの範囲内とすることで、表面電極膜４の最表面に析出する炭素原子を減少させることができることが確認された。これらの条件を満たす実施例３を作製し、表面電極膜４と配線膜との密着性について検証した。実施例３は、２０ｍｍ角のＳｉＣ基板（半導体チップ）の表面に、第１，２電極膜２，３を順に積層してなる表面電極膜４を形成して熱処理した試料である。第１電極膜２の厚さを１０ｎｍとし、第２電極膜３の厚さおよび組成をそれぞれ９０ｎｍおよび６０Ｎｉ３０Ｓｉ１０Ｔａとした。実施例３の製造方法は実施例１と同様である。比較として、ニッケル膜（表面電極膜）を９０ｎｍの厚さで成膜して熱処理した試料を作製した（以下、従来例２とする）。従来例２の製造方法の、ニッケル膜の厚さ以外の条件は従来例１と同様である。そして、実施例３および従来例２について、表面電極膜の最表面にアルミニウムからなる配線膜を５μｍの厚さで形成し、配線膜に貼り付けたテープを引き剥がすことで、配線膜の剥離の有無を観測した。その結果、従来例２では、表面電極膜との接触面積の半分以上の面積で配線膜が剥離することが確認された。一方、実施例３においては、配線膜の剥離は生じないことが確認された。
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また、本発明は、導電型（ｎ型、ｐ型）を反転させても同様に成り立つ。
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、種々の産業用機械や自動車などに使用される炭化珪素半導体装置に有用であり、特にＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成する表面電極膜を備えた炭化珪素半導体装置に適している。
１ ｎ型ＳｉＣ半導体部
２ 第１電極膜（Ｎｉ膜）
３ 第２電極膜（ＮｉＳｉＴａ膜）
４ 表面電極膜
２ 第１電極膜（Ｎｉ膜）
３ 第２電極膜（ＮｉＳｉＴａ膜）
４ 表面電極膜
Claims (7)
- 炭化珪素半導体部と、前記炭化珪素半導体部の表面に形成された表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記炭化珪素半導体部の表面に、前記表面電極膜としてニッケルからなる第１電極膜を形成する第１形成工程と、
前記第１電極膜の表面に、前記表面電極膜としてニッケル、シリコンおよびタンタルを含む第２電極膜を形成する第２形成工程と、
熱処理により前記炭化珪素半導体部のシリコン原子と前記第１電極膜のニッケル原子とを反応させて前記第１電極膜をシリサイド化することで、前記炭化珪素半導体部と前記表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する熱処理工程と、
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２形成工程では、前記熱処理工程時に前記炭化珪素半導体部から遊離する炭素原子の原子数に近い原子数でタンタル原子を含有する前記第２電極膜を形成す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。
- 前記第２形成工程では、１０ａｔ％以上２０ａｔ％以下の含有率でタンタル原子を含有する前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２形成工程では、炭化珪素半導体とニッケルとの反応により生成されるニッケルシリサイドの組成比に近い組成比でニッケル原子およびシリコン原子を含有する前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１〜３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形成工程では、シリコン原子の２倍の含有率でニッケル原子を含有する前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２形成工程では、ニッケル原子を６０ａｔ％、シリコン原子を３０ａｔ％およびタンタル原子を１０ａｔ％とする含有率から、ニッケル原子を５３ａｔ％、シリコン原子を２７ａｔ％およびタンタル原子を２０ａｔ％とする含有率までの範囲内の組成で前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１〜５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１形成工程では、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さで前記第１電極膜を形成することを特徴とする請求項１〜６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。
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