JP3333896B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
炭化珪素半導体装置の製造方法Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素（以下Ｓ
ｉＣと略記する）を用いた半導体装置の製造方法、特に
電極の形成方法に関する。
ｉＣと略記する）を用いた半導体装置の製造方法、特に
電極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ワイドギャップ半導体であるＳｉＣは、
シリコンに比較して熱伝導度が３倍、最大電界強度が１
０倍、電子のドリフト速度２倍という物性値を有してお
り、次世代半導体材料として、各研究機関等で精力的な
研究が行われている。実際に半導体素子としても、耐圧
１．１ｋＶのショットキーバリアダイオード（以下ＳＢ
Ｄと記す）が木本等によって、耐圧１００〜２００Ｖの
縦型ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）が上
野等によって報告されている〔ＳｉＣおよび関連ワイド
ギャップ半導体研究会第２回講演予稿集、１９頁、１９
９３年、平成６年秋季応用物理学会予稿集 １９ｐ−Ｍ
Ｈ−４〕。
シリコンに比較して熱伝導度が３倍、最大電界強度が１
０倍、電子のドリフト速度２倍という物性値を有してお
り、次世代半導体材料として、各研究機関等で精力的な
研究が行われている。実際に半導体素子としても、耐圧
１．１ｋＶのショットキーバリアダイオード（以下ＳＢ
Ｄと記す）が木本等によって、耐圧１００〜２００Ｖの
縦型ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）が上
野等によって報告されている〔ＳｉＣおよび関連ワイド
ギャップ半導体研究会第２回講演予稿集、１９頁、１９
９３年、平成６年秋季応用物理学会予稿集 １９ｐ−Ｍ
Ｈ−４〕。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＳｉＣを用いた例えば
ショットキーダイオードやＭＯＳＦＥＴのような半導体
装置を製造する上で、オーミックな電極を作成すること
が必要になる。従来、幾つかの方法が試みられている
が、いずれも実用上解決すべき問題があった。たとえ
ば、シリコン半導体で最も一般的に用いられているアル
ミニウム（以下Ａｌと記す）の電極をｎ型ＳｉＣ表面上
に設けると、オーミック電極にならず、ショットキー電
極になってしまう。従来ｎ型ＳｉＣ表面上に設ける電極
金属としてはニッケル（以下Ｎｉと記す）が用いられて
いるが、１０００℃以上の熱処理を必要とした。またｐ
型ＳｉＣ用のオーミック電極としてはＡｌ−Ｓｉ（Ｓｉ
１％）が使用されているが、この場合も９００℃以上の
高温熱処理が必要であり、良いオーミック電極が簡単に
は得られなかった。
ショットキーダイオードやＭＯＳＦＥＴのような半導体
装置を製造する上で、オーミックな電極を作成すること
が必要になる。従来、幾つかの方法が試みられている
が、いずれも実用上解決すべき問題があった。たとえ
ば、シリコン半導体で最も一般的に用いられているアル
ミニウム（以下Ａｌと記す）の電極をｎ型ＳｉＣ表面上
に設けると、オーミック電極にならず、ショットキー電
極になってしまう。従来ｎ型ＳｉＣ表面上に設ける電極
金属としてはニッケル（以下Ｎｉと記す）が用いられて
いるが、１０００℃以上の熱処理を必要とした。またｐ
型ＳｉＣ用のオーミック電極としてはＡｌ−Ｓｉ（Ｓｉ
１％）が使用されているが、この場合も９００℃以上の
高温熱処理が必要であり、良いオーミック電極が簡単に
は得られなかった。
【０００４】特に、ＭＯＳＦＥＴのように二重拡散層を
もち、かつゲート酸化膜の界面特性が重要になるような
素子では、界面特性や微細構造等に影響しないようにで
きるだけ熱処理温度が低いことが望ましい。以上の問題
に鑑みて本発明の目的は、容易に接触抵抗の小さいオー
ミック電極が得られるようなＳｉＣ半導体装置の製造方
法を提供することにある。
もち、かつゲート酸化膜の界面特性が重要になるような
素子では、界面特性や微細構造等に影響しないようにで
きるだけ熱処理温度が低いことが望ましい。以上の問題
に鑑みて本発明の目的は、容易に接触抵抗の小さいオー
ミック電極が得られるようなＳｉＣ半導体装置の製造方
法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため、
本発明は、ｎ型炭化珪素基板に、イオンの注入により、
アモルファス層を形成後、そのアモルファス層上に電極
金属としてＮｉを堆積し、１０００℃以下の熱処理温度
で熱処理をすることによりオーム性接触の電極を形成す
るものとする。ｎ型炭化珪素基板に、イオンを含んだガ
ス中でのプラズマドーピングにより、アモルファス層を
形成後、そのアモルファス層上に電極金属としてＮｉを
堆積し、１０００℃以下の熱処理温度で熱処理をするこ
とによりオーム性接触の電極を形成してもよい。
本発明は、ｎ型炭化珪素基板に、イオンの注入により、
アモルファス層を形成後、そのアモルファス層上に電極
金属としてＮｉを堆積し、１０００℃以下の熱処理温度
で熱処理をすることによりオーム性接触の電極を形成す
るものとする。ｎ型炭化珪素基板に、イオンを含んだガ
ス中でのプラズマドーピングにより、アモルファス層を
形成後、そのアモルファス層上に電極金属としてＮｉを
堆積し、１０００℃以下の熱処理温度で熱処理をするこ
とによりオーム性接触の電極を形成してもよい。
【０００６】そのようにすれば、アモルファス層は通常
のＳｉＣ基体表面とは違い、極めて反応性に富むセンシ
ティブな層であり、低温でシリサイドを生じ易い。特に
イオンが電極を形成する炭化珪素半導体の部分の導電型
を変えないものであることが重要であり、イオンが電極
金属と同じ金属であればさらに良い。そのようにすれ
ば、濃度が高められ、或いは反応に与かる原子数が増
す。
のＳｉＣ基体表面とは違い、極めて反応性に富むセンシ
ティブな層であり、低温でシリサイドを生じ易い。特に
イオンが電極を形成する炭化珪素半導体の部分の導電型
を変えないものであることが重要であり、イオンが電極
金属と同じ金属であればさらに良い。そのようにすれ
ば、濃度が高められ、或いは反応に与かる原子数が増
す。
【０００７】また、熱処理温度が１０００℃以下である
ものとする。そうであれば、電極形成が容易であり、か
つ炭化珪素半導体の微細な構造等に与える影響が小さ
い。
ものとする。そうであれば、電極形成が容易であり、か
つ炭化珪素半導体の微細な構造等に与える影響が小さ
い。
【０００８】
【発明の実施の形態】上記の課題を解決するためには、
低温でも金属がＳｉＣ半導体基体と相互拡散するような
状態をつくりだす必要がある。発明者が行った実験にお
いて以下の事実が判明した。 １）ｎ型ＳｉＣ上にＮｉ電極を８００ｎｍ形成した直後
は整流特性を示す。しかし、１２００℃で１０分間熱処
理を施すと、オーム性の特性を示した。この時Ｎｉはシ
リサイド化して１８０ｎｍ程度ＳｉＣ内部に拡散してい
た。オージェ（Ａｕｇｅｒ）分析をしたところ、熱処理
後の電極表面から炭素が検出された。これはＮｉとＳｉ
Ｃが反応して相互拡散していることを示している。
低温でも金属がＳｉＣ半導体基体と相互拡散するような
状態をつくりだす必要がある。発明者が行った実験にお
いて以下の事実が判明した。 １）ｎ型ＳｉＣ上にＮｉ電極を８００ｎｍ形成した直後
は整流特性を示す。しかし、１２００℃で１０分間熱処
理を施すと、オーム性の特性を示した。この時Ｎｉはシ
リサイド化して１８０ｎｍ程度ＳｉＣ内部に拡散してい
た。オージェ（Ａｕｇｅｒ）分析をしたところ、熱処理
後の電極表面から炭素が検出された。これはＮｉとＳｉ
Ｃが反応して相互拡散していることを示している。
【０００９】２）ｎ型ＳｉＣに窒素イオンをイオン注入
したところアモルファス層が形成されていた。アモルフ
ァス層の確認は、透過電子顕微鏡で行った。また、この
アモルファス層は通常のＳｉＣ基体表面とは違い、非常
に酸化などの影響を受けやすく、極めて反応性に富むセ
ンシティブな層であることが分かった。上記の知見か
ら、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、イオン
の注入や、イオンを含んだガス中でのプラズマドーピン
グにより、アモルファス層を形成後、そのアモルファス
層上に電極金属を堆積し、熱処理をすることによりオー
ム性接触の電極を形成するものである。
したところアモルファス層が形成されていた。アモルフ
ァス層の確認は、透過電子顕微鏡で行った。また、この
アモルファス層は通常のＳｉＣ基体表面とは違い、非常
に酸化などの影響を受けやすく、極めて反応性に富むセ
ンシティブな層であることが分かった。上記の知見か
ら、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、イオン
の注入や、イオンを含んだガス中でのプラズマドーピン
グにより、アモルファス層を形成後、そのアモルファス
層上に電極金属を堆積し、熱処理をすることによりオー
ム性接触の電極を形成するものである。
【００１０】特に、イオンが電極を形成する炭化珪素半
導体の部分の導電型を変えないものであることや、電極
金属と同じ金属であればなお良い。
導体の部分の導電型を変えないものであることや、電極
金属と同じ金属であればなお良い。
【００１１】
【実施例】〔実施例１〕 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。図１（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の製造方法を
説明するための主な工程ごとの断面図である。半導体と
してはショットキーダイオードの例で示す。以下、図に
沿って説明する。なお図では、上側を裏面、下側を表面
とする。
する。図１（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の製造方法を
説明するための主な工程ごとの断面図である。半導体と
してはショットキーダイオードの例で示す。以下、図に
沿って説明する。なお図では、上側を裏面、下側を表面
とする。
【００１２】６Ｈ型の不純物濃度５×１０18ｃｍ-3、厚
さ４００μｍのｎ型ＳｉＣサブストレート１のＣ面上に
窒素ドープの不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、厚さ５μｍ
のエピタキシャル層２を成膜したエピタキシャルウェハ
を使用し、ｎ型ＳｉＣサブストレート１の裏面にフォト
レジストを塗布し、レジストパターン３を形成した〔図
１（ａ）〕。
さ４００μｍのｎ型ＳｉＣサブストレート１のＣ面上に
窒素ドープの不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、厚さ５μｍ
のエピタキシャル層２を成膜したエピタキシャルウェハ
を使用し、ｎ型ＳｉＣサブストレート１の裏面にフォト
レジストを塗布し、レジストパターン３を形成した〔図
１（ａ）〕。
【００１３】エピタキシャル層２にＮｉイオンをイオン
注入した〔同図（ｂ）〕。加速電圧は２５ｋｅＶ、ドー
ズ量は１×１０12ｃｍ-2とした。このイオン注入によ
り、深さ１５０ｎｍ程度のアモルファス層５が形成され
る。イオン注入後、レジストパターン３は剥離液で除去
する。その後、アモルファス層４の上にスパッタリング
によりＮｉ電極膜５（厚さ８００ｎｍ）を堆積する〔同
図（ｃ）〕。
注入した〔同図（ｂ）〕。加速電圧は２５ｋｅＶ、ドー
ズ量は１×１０12ｃｍ-2とした。このイオン注入によ
り、深さ１５０ｎｍ程度のアモルファス層５が形成され
る。イオン注入後、レジストパターン３は剥離液で除去
する。その後、アモルファス層４の上にスパッタリング
によりＮｉ電極膜５（厚さ８００ｎｍ）を堆積する〔同
図（ｃ）〕。
【００１４】Ｎｉ電極膜５の形成後、真空中で８００℃
で１０分間の熱処理を行った。この熱処理によって、Ｎ
ｉ電極膜５はアモルファス層４と反応してＮｉシリサイ
ド電極７となる。このとき、Ｎｉシリサイド電極７はエ
ピタキシャル層２の表面から約１８０ｎｍの深さ迄拡散
していた。次にエピタキシャル層２の表面上に金（Ａ
ｕ）を室温で烝着しショットキー電極８とした〔同図
（ｃ）〕。
で１０分間の熱処理を行った。この熱処理によって、Ｎ
ｉ電極膜５はアモルファス層４と反応してＮｉシリサイ
ド電極７となる。このとき、Ｎｉシリサイド電極７はエ
ピタキシャル層２の表面から約１８０ｎｍの深さ迄拡散
していた。次にエピタキシャル層２の表面上に金（Ａ
ｕ）を室温で烝着しショットキー電極８とした〔同図
（ｃ）〕。
【００１５】このショツトキーダイオードの電流−電圧
特性を測定したところ、室温から３００℃の範囲ですぐ
れたダイオード特性を示し、裏面電極４がオーミック接
触になっていることが確認された。また、Ｎｉシリサイ
ド電極７の接触抵抗を測定したところ、８×１０-4Ωｃ
ｍ2 であった。これは、ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２
のドーピングレベルとしては大分低い値である。
特性を測定したところ、室温から３００℃の範囲ですぐ
れたダイオード特性を示し、裏面電極４がオーミック接
触になっていることが確認された。また、Ｎｉシリサイ
ド電極７の接触抵抗を測定したところ、８×１０-4Ωｃ
ｍ2 であった。これは、ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２
のドーピングレベルとしては大分低い値である。
【００１６】このように、イオン注入によるアモルファ
ス層を利用してオーミック電極を形成すれば、従来のＮ
ｉのような１０００℃以上の高温熱処理は不要で、オー
ミック電極が容易に形成でき、十分低い接触抵抗がえら
れる。しかも、温度が低いので、半導体装置の界面特性
や微細構造に与える影響が小さくて済む。 〔実施例２〕 実施例１と同様に６Ｈ型の不純物濃度５×１０18ｃ
ｍ-3、厚さ４００μｍのｎ型ＳｉＣサブストレート１の
Ｃ面上に窒素ドープの不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、厚
さ５μｍのエピタキシャル層を成膜したエピタキシャル
ウェハを使用し、ＳＢＤを試作した。エピタキシャル層
の表面に、熱酸化により酸化膜を形成し、その酸化膜に
フォトレジストを塗布し、パターンを形成した。
ス層を利用してオーミック電極を形成すれば、従来のＮ
ｉのような１０００℃以上の高温熱処理は不要で、オー
ミック電極が容易に形成でき、十分低い接触抵抗がえら
れる。しかも、温度が低いので、半導体装置の界面特性
や微細構造に与える影響が小さくて済む。 〔実施例２〕 実施例１と同様に６Ｈ型の不純物濃度５×１０18ｃ
ｍ-3、厚さ４００μｍのｎ型ＳｉＣサブストレート１の
Ｃ面上に窒素ドープの不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、厚
さ５μｍのエピタキシャル層を成膜したエピタキシャル
ウェハを使用し、ＳＢＤを試作した。エピタキシャル層
の表面に、熱酸化により酸化膜を形成し、その酸化膜に
フォトレジストを塗布し、パターンを形成した。
【００１７】窒素ガス０．５〜１．０ｔｏｒｒの雰囲気
中で、エピタキシャルウェハを２００℃に加熱し、１
３．５６ＭＨｚ、９００Ｖの高周波を引加し、プラズマ
ドーピングを行った。このプラズマドーピングにより、
深さ１００ｎｍ程度のアモルファス層１５が形成され
る。その後、アモルファス層の上にスパッタリングによ
りＮｉ電極膜（厚さ８００ｎｍ）を堆積し、以下実施例
１と同様の工程でショツトキーダイオードを試作した。
中で、エピタキシャルウェハを２００℃に加熱し、１
３．５６ＭＨｚ、９００Ｖの高周波を引加し、プラズマ
ドーピングを行った。このプラズマドーピングにより、
深さ１００ｎｍ程度のアモルファス層１５が形成され
る。その後、アモルファス層の上にスパッタリングによ
りＮｉ電極膜（厚さ８００ｎｍ）を堆積し、以下実施例
１と同様の工程でショツトキーダイオードを試作した。
【００１８】このショツトキーダイオードにおいても、
室温から３００℃の範囲ですぐれたダイオード特性を示
し、裏面電極がオーミック接触になっていることが確認
された。また、Ｎｉシリサイド電極７の接触抵抗を測定
したところ、８×１０-4Ωｃｍ2 であった。これは、ｎ
型ＳｉＣエピタキシャル層のドーピングレベルとしては
大分低い値である。
室温から３００℃の範囲ですぐれたダイオード特性を示
し、裏面電極がオーミック接触になっていることが確認
された。また、Ｎｉシリサイド電極７の接触抵抗を測定
したところ、８×１０-4Ωｃｍ2 であった。これは、ｎ
型ＳｉＣエピタキシャル層のドーピングレベルとしては
大分低い値である。
【００１９】このように、プラズマドーピングによるア
モルファス層を利用してオーミック電極を形成すれば、
従来のＮｉのように１０００℃以上の高温の熱処理は不
要で容易に形成でき、十分低い接触抵抗がえられる。上
記実施例としては、ｎ型炭化珪素表面へのＮｉイオンの
注入および窒素のプラズマドーピングの例を挙げた。こ
こで、注入する表面の導電型を変えない元素であること
が重要であり、できれば、電極となる元素であることが
望ましい。また半導体装置としては、上記ショットキー
ダイオードの他に、他の半導体装置例えばバイポーラト
ランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどにも本発明は適用できる
ことはいうまでもない。
モルファス層を利用してオーミック電極を形成すれば、
従来のＮｉのように１０００℃以上の高温の熱処理は不
要で容易に形成でき、十分低い接触抵抗がえられる。上
記実施例としては、ｎ型炭化珪素表面へのＮｉイオンの
注入および窒素のプラズマドーピングの例を挙げた。こ
こで、注入する表面の導電型を変えない元素であること
が重要であり、できれば、電極となる元素であることが
望ましい。また半導体装置としては、上記ショットキー
ダイオードの他に、他の半導体装置例えばバイポーラト
ランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどにも本発明は適用できる
ことはいうまでもない。
【００２０】また、ＳｉＣには複数の結晶形態があり、
それぞれ電気的特性が異なるが、現在は作成の容易さか
ら、６Ｈ型のＳｉＣが主に検討されている。以上の議論
では６Ｈ型のＳｉＣについて議論を進めたが、本発明の
有効性はその他の結晶形態（３Ｈ型、４Ｈ型等）でも同
様であり、６Ｈ型に限定されるものではない。
それぞれ電気的特性が異なるが、現在は作成の容易さか
ら、６Ｈ型のＳｉＣが主に検討されている。以上の議論
では６Ｈ型のＳｉＣについて議論を進めたが、本発明の
有効性はその他の結晶形態（３Ｈ型、４Ｈ型等）でも同
様であり、６Ｈ型に限定されるものではない。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン注入やプラズマドーピングによって、ｎ型炭化珪
素表面にアモルファス層を形成し、その上に電極金属と
してＮｉを堆積し熱処理することによつて、接触抵抗の
小さなオーミック電極が容易に形成できる。よって本発
明は、特に炭化珪素を用いたパワー用半導体装置の発展
に大きく寄与するものである。
イオン注入やプラズマドーピングによって、ｎ型炭化珪
素表面にアモルファス層を形成し、その上に電極金属と
してＮｉを堆積し熱処理することによつて、接触抵抗の
小さなオーミック電極が容易に形成できる。よって本発
明は、特に炭化珪素を用いたパワー用半導体装置の発展
に大きく寄与するものである。
【図１】（ａ）ないし（ｅ）は、本発明の製造方法にか
かるショットキーダイオードの製造工程ごとの断面図
かるショットキーダイオードの製造工程ごとの断面図
１ ｎ型ＳｉＣサブストレート ２ ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層 ３ レジストパターン ４ イオン ５ アモルファス層 ６ Ｎｉ電極 ７ Ｎｉシリサイド電極 ８ ショットキー電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 H01L 21/265
Claims (4)
- 【請求項１】ｎ型炭化珪素基板に、イオンの注入によ
り、アモルファス層を形成後、そのアモルファス層上に
電極金属としてＮｉを堆積し、１０００℃以下の熱処理
温度で熱処理をすることによりオーム性接触の電極を形
成することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】ｎ型炭化珪素基板に、イオンを含んだガス
中でのプラズマドーピングにより、アモルファス層を形
成後、そのアモルファス層上に電極金属としてＮｉを堆
積し、１０００℃以下の熱処理温度で熱処理をすること
によりオーム性接触の電極を形成することを特徴とする
炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】イオンが電極を形成する炭化珪素半導体の
部分の導電型を変えないものであ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。 - 【請求項４】イオンが電極金属と同じ金属であることを
特徴とする請求項３に記載の炭化珪素半導体装置の製造
方法。
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| JP23495695A JP3333896B2 (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
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-
1995
- 1995-09-13 JP JP23495695A patent/JP3333896B2/ja not_active Expired - Fee Related
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