JP3361062B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）を用いた半導体装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to silicon carbide (Si
The present invention relates to a semiconductor device using C).
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属と半導体を接触させたショットキー
電極を用いる構造のショットキーダイオードは、半導体
中の少数キャリアを使用しないので高速スイッチングが
できるという特徴がある。しかしながら、シリコンを用
いたショットキーダイオードは耐圧が低いという問題が
ある。これに対して、ＳｉＣを用いたショットキーダイ
オードは耐圧が高いという特徴を有している。また、Ｓ
ｉＣを用いたショットキーダイオードは高温でも動作で
きることから、大電流が流れるような用途に対して、冷
却手段なし或いは小さな冷却装置を用いるだけでよい。2. Description of the Related Art A Schottky diode having a structure using a Schottky electrode in which a metal and a semiconductor are in contact with each other is characterized in that high speed switching is possible because minority carriers in the semiconductor are not used. However, the Schottky diode using silicon has a problem of low breakdown voltage. On the other hand, the Schottky diode using SiC has a characteristic of high breakdown voltage. Also, S
Since the Schottky diode using iC can operate at high temperature, it is sufficient to use no cooling means or use a small cooling device for applications in which a large current flows.
【０００３】ショットキー電極としては例えばチタン
（Ｔｉ）等が用いられるが、チタンは高温で熱処理する
とＳｉＣと反応し、逆バイアス時のリーク電流が増加す
るという問題がある。また、デバイスとしてはショット
キー電極の他にオーミック電極を形成する必要がある。
オーミック電極としては通常ニッケルが用いられるが、
良好なオーミック性を生じさせるためには数１００度の
温度で熱処理を行う必要がある。このときの熱処理によ
って、ショットキー電極に前述したようなリーク電流の
増加が生じる。オーミック電極を形成した後に熱処理を
行い、その後にショットキー電極を形成する方法も考え
られるが、この場合にはアニール雰囲気中の不純物によ
って表面が汚染され、逆にリーク電流が増大するという
現象が生じる。Titanium (Ti), for example, is used as the Schottky electrode, but titanium has a problem that when it is heat-treated at a high temperature, it reacts with SiC to increase the leak current during reverse bias. Further, as a device, it is necessary to form an ohmic electrode in addition to the Schottky electrode.
Nickel is usually used as the ohmic electrode,
In order to produce a good ohmic property, it is necessary to perform heat treatment at a temperature of several hundreds of degrees. The heat treatment at this time causes an increase in the leak current as described above in the Schottky electrode. A method of forming a ohmic electrode, followed by heat treatment, and then forming a Schottky electrode is also conceivable. In this case, however, impurities in the annealing atmosphere contaminate the surface and conversely increase the leakage current. .
【０００４】一方、ショットキーダイオードを動作させ
る際には、オン抵抗を下げてオン電流が多くなるように
することが好ましい。この場合、半導体と金属との間の
電位障壁、いわゆるバリアハイトが低いことが要求され
る。ショットキー電極としてＴｉを用いた場合、バリア
ハイトは約１ｅＶ程度である。しかし、大電流を得るた
めにはさらにバリアハイトを下げることが望ましい。On the other hand, when operating the Schottky diode, it is preferable to lower the on-resistance and increase the on-current. In this case, the potential barrier between the semiconductor and the metal, that is, the so-called barrier height is required to be low. When Ti is used as the Schottky electrode, the barrier height is about 1 eV. However, it is desirable to further reduce the barrier height in order to obtain a large current.
【０００５】[0005]
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このように、ショット
キーダイオードのオン電流を増加させるためには、半導
体と金属との間のバリアハイトを低くすることが必要で
あるが、ショットキー電極としてＴｉを用いた場合のバ
リアハイトは１ｅＶ程度であり、必ずしも満足できるも
のではなかった。 As described above, in order to increase the ON current of the Schottky diode, it is necessary to lower the barrier height between the semiconductor and the metal, but Ti is used as the Schottky electrode. The barrier height when used was about 1 eV, which was not always satisfactory.
【０００７】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、ＳｉＣと電極との間でショットキー接合が
形成された半導体装置において、半導体と電極との間の
バリアハイトを低くしてオン電流を増大させることを目
的としている。The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. In a semiconductor device in which a Schottky junction is formed between SiC and an electrode, the barrier height between the semiconductor and the electrode is lowered to turn on. Eye on increasing the current
It is the target.
【０００８】[0008]
【０００９】[0009]
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、ＳｉＣと電極
との間でショットキー接合が形成された半導体装置にお
いて、前記電極としてIII ａ族（ＳｃやＹ、或いはＬａ
等のランタン系、アクチニウム系）の第１の金属と仕事
関数が３．９ｅＶ以上の第２の金属との合金を用いるこ
とを特徴とする。According to the present invention, in a semiconductor device in which a Schottky junction is formed between SiC and an electrode, a IIIa group (Sc, Y, or La) is used as the electrode.
And an alloy of a second metal having a work function of 3.9 eV or more and a lanthanum-based or actinium-based metal.
【００１１】前記第１の金属としてはＳｃ、前記第２の
金属としてはIVａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）の金属を用い
ることが好ましい。このように、III ａ族の金属（Ｓｃ
等は仕事関数が３．５ｅＶ以下）と仕事関数が３．９ｅ
Ｖ以上の金属との合金をショットキー電極として用いる
ことにより、ＳｉＣ（例えば、結晶構造が４Ｈのもので
は電子親和力が３．７ｅＶ程度）とのショットキー接合
のバリアハイトを低くすることが可能となり、オン電流
を増加させることが可能となる。It is preferable that Sc is used as the first metal and a group IVa (Ti, Zr, Hf) metal is used as the second metal. Thus, the Group IIIa metal (Sc
Has a work function of 3.5 eV or less) and a work function of 3.9 e
By using an alloy with a metal of V or more as the Schottky electrode, it is possible to lower the barrier height of the Schottky junction with SiC (for example, the electron affinity of a crystal structure of 4H is about 3.7 eV). It is possible to increase the on-current.
【００１２】また、本発明は、ＳｉＣと電極との間でシ
ョットキー接合が形成された半導体装置において、前記
電極としてIVａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）どうしの合金を
用いることを特徴とする。The present invention is also characterized in that, in a semiconductor device in which a Schottky junction is formed between SiC and an electrode, an alloy of group IVa (Ti, Zr, Hf) is used as the electrode.
【００１３】このように、IVａ族どうしの合金をショッ
トキー電極として用いた場合にも、ＳｉＣとのショット
キー接合のバリアハイトを低くすることが可能であり、
オン電流を増加させることが可能となる。As described above, even when an alloy of IVa group is used as the Schottky electrode, the barrier height of the Schottky junction with SiC can be lowered.
It is possible to increase the on-current.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
（実施形態１）以下のようにして図１に示すようなショ
ットキーダイオードを作製し、作製したショットキーダ
イオードの評価等を行った。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) A Schottky diode as shown in FIG. 1 was produced as follows, and the produced Schottky diode was evaluated.
【００１５】まず、不純物濃度１０18／ｃｍ3 のｎ型伝
導を示すＳｉＣ基板１（厚さ０．２ｍｍ）に、不純物濃
度５×１０15／ｃｍ3 のｎ型ＳｉＣ層（ＳｉＣエピタキ
シャル層２）１０μｍをエピタキシャル成長させた基板
を準備した。この基板をアンモニア水と過酸化水素水の
混合溶液に浸漬し、さらに希ふっ酸水溶液に浸漬するな
どして洗浄を行った後、エピタキシャル層２側にショッ
トキー電極４としてＦｅを１μｍの厚さで蒸着した。ま
た、ＳｉＣ基板１の裏面にオーミック電極３としてＮｉ
を１μｍの厚さで蒸着した。その後、レジスト塗布、露
光、現像、エッチングといったパターニングプロセスを
行い、直径０．１ｍｍのＦｅ電極（ショットキー電極
４）を形成した。また、比較例として、ショットキー電
極としてＴｉを形成したサンプルも作製した。First, an n-type SiC layer (SiC epitaxial layer 2) having an impurity concentration of 5 × 10 15 / cm 3 is formed on a SiC substrate 1 (thickness: 0.2 mm) which exhibits n-type conduction with an impurity concentration of 10 18 / cm 3. A substrate on which 10 μm was epitaxially grown was prepared. This substrate was dipped in a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution, and further washed by dipping it in a dilute aqueous solution of hydrofluoric acid. Then, Fe was used as the Schottky electrode 4 on the epitaxial layer 2 side to have a thickness of 1 μm. It was deposited at. In addition, as the ohmic electrode 3 on the back surface of the SiC substrate 1, Ni is used.
Was evaporated to a thickness of 1 μm. Then, patterning processes such as resist coating, exposure, development and etching were performed to form a Fe electrode (Schottky electrode 4) having a diameter of 0.1 mm. Further, as a comparative example, a sample in which Ti was formed as a Schottky electrode was also prepared.
【００１６】上記のようにして作製した両試料をアルゴ
ン雰囲気中、７００℃で熱処理し、ダイオードの逆方向
のリーク電流を測定した。その結果、電圧−１００Ｖに
おけるリーク電流は、ショットキー電極としてＴｉを用
いた場合は約１０-4（Ａ）であったが、Ｆｅの場合は１
０-6（Ａ）以下と小さかった。なお、オーミック電極
は、上記熱処理によってほぼオーミック特性を示した。Both the samples produced as described above were heat-treated at 700 ° C. in an argon atmosphere, and the leak current in the reverse direction of the diode was measured. As a result, the leak current at a voltage of −100 V was about 10 −4 (A) when Ti was used as the Schottky electrode, but was 1 when Fe was used.
It was as small as 0 -6 (A) or less. The ohmic electrode showed almost ohmic characteristics by the heat treatment.
【００１７】ショットキー電極の界面を調べるため、Ｔ
ｉ及びＦｅをそれぞれ１０ｎｍの厚さで蒸着したＳｉＣ
基板を７００℃で熱処理し、Ｘ線回析を行った。Ｔｉの
場合はシリサイドのピークが見られたが、Ｆｅではシリ
サイドはほとんど見られなかった。To investigate the interface of the Schottky electrode, T
SiC in which i and Fe are evaporated to a thickness of 10 nm
The substrate was heat treated at 700 ° C. and X-ray diffraction was performed. In the case of Ti, a peak of silicide was observed, but in Fe, almost no silicide was observed.
【００１８】このように、ＦｅとＳｉＣとの反応が少な
いことがリーク電流の小さい理由と考えられる。すなわ
ち、Ｆｅはシリサイドの生成熱がＳｉＣの生成熱と同程
度かそれよりも大きく、ＳｉＣ中のシリコンと反応して
シリサイドを形成するよりも金属として存在するほうが
安定である。したがって、熱処理によってＳｉＣと反応
しにくいため、リーク電流の増加を抑制することができ
ると考えられる。Thus, it is considered that the small reaction between Fe and SiC is the reason for the small leak current. That is, Fe has a heat of formation of silicide equal to or larger than that of SiC, and it is more stable as a metal than reacting with silicon in SiC to form a silicide. Therefore, it is considered that the heat treatment does not easily react with SiC, so that the increase of the leak current can be suppressed.
【００１９】Ｆｅを１０ｎｍの厚さで形成し、アニール
した後にＦｅ上にＡｌを１μｍ蒸着した試料について
も、上記と同様にリーク電流は小さかった。また、鉄の
代わりにルテニウム、オスミウム、イリジウム及びロジ
ウムを用いた試料についても、上記と同様にリーク電流
は小さかった。The leak current of the sample in which Fe was formed to have a thickness of 10 nm and which was annealed and then 1 μm of Al was evaporated on Fe had a small leak current as in the above case. Further, the leak current was small in the samples using ruthenium, osmium, iridium, and rhodium instead of iron, similarly to the above.
【００２０】（実施形態２）ショットキー電極の種類を
換えて、第１の実施形態と同様に図１に示すようなショ
ットキーダイオードを作製し、作製したショットキーダ
イオードの評価等を行った。(Embodiment 2) By changing the type of Schottky electrode, a Schottky diode as shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in the first embodiment, and the produced Schottky diode was evaluated.
【００２１】本実施形態では、ショットキー電極として
Ｔｉシリサイド、具体的にはＴｉ3Ｓｉ，ＴｉＳｉ及び
ＴｉＳｉ2 を形成した。形成方法としては、ＴｉとＳｉ
をそれぞれ蒸発源とし、Ｅガン蒸着装置で両者を同時に
蒸発させるようにした。このときの基板温度は２５０℃
とした。In this embodiment, Ti silicide, specifically, Ti 3 Si, TiSi and TiSi 2 is formed as the Schottky electrode. As a forming method, Ti and Si
Was used as an evaporation source, and both were simultaneously evaporated by an E gun vapor deposition device. The substrate temperature at this time is 250 ° C.
And
【００２２】作製した試料に対して、第１の実施形態と
同様に熱処理を行った後リーク電流を測定した。その結
果、Ｔｉ3 Ｓｉの場合には１０-5（Ａ）台のリーク電流
であったが、ＴｉＳｉでは４×１０-6（Ａ）、ＴｉＳｉ
2 では２×１０-6（Ａ）のリーク電流であった。また、
界面のＸ線回析を第１の実施形態と同様に行った。その
結果、Ｔｉ3 Ｓｉでは同定不能なピークが見られたが、
それ以外のものではそれぞれのシリサイド以外のピーク
は見られなかった。Ｔｉ3 Ｓｉの場合にはリーク電流が
若干高くＳｉＣとの反応が若干あるとも考えられるが、
他の試料では良好な特性が得られている。なお、シリサ
イドはアニールによって結晶性が向上しており、これも
特性向上に寄与していると考えられる。The produced sample was heat treated in the same manner as in the first embodiment, and then the leak current was measured. As a result, in the case of Ti 3 Si, the leakage current was in the order of 10 −5 (A), but in TiSi, it was 4 × 10 −6 (A), and TiSi
In No. 2 , the leak current was 2 × 10 −6 (A). Also,
X-ray diffraction at the interface was performed in the same manner as in the first embodiment. As a result, an unidentifiable peak was observed for Ti 3 Si,
Other than that, no peaks other than the respective silicides were observed. In the case of Ti 3 Si, the leak current is slightly high and it is considered that there is some reaction with SiC.
Good characteristics have been obtained in other samples. It should be noted that the crystallinity of silicide is improved by annealing, which is also considered to contribute to the improvement of characteristics.
【００２３】また、Ｔｉシリサイドを１００ｎｍの厚さ
で形成し、その上にＴｉを１μｍ形成した場合も、上記
と同様にリーク電流を低下することができた。この場合
は、Ｔｉシリサイドが厚い場合に比べて、熱処理による
密着力の低下を抑制することができた。また、Ｔｉシリ
サイドの厚さが２０ｎｍでも効果が見られた。Also, when Ti silicide was formed to a thickness of 100 nm and Ti was formed thereon to a thickness of 1 μm, the leak current could be reduced in the same manner as described above. In this case, as compared with the case where the Ti silicide was thick, it was possible to suppress the decrease in adhesion due to the heat treatment. Further, the effect was observed even when the thickness of Ti silicide was 20 nm.
【００２４】また、Ｔｉ以外の金属のシリサイドをショ
ットキー電極に用いて同様に熱処理を行った場合にもリ
ーク電流の増加が少なく、リーク電流は１０-5（Ａ）以
下であった。Also, when a heat treatment was similarly performed using a silicide of a metal other than Ti for the Schottky electrode, the increase in leak current was small, and the leak current was 10 -5 (A) or less.
【００２５】金属シリサイドをＭＳｉx （Ｍは金属）と
すると、ｘの値が１の近傍でシリサイドの生成エネルギ
ーが最低となる。そのため、所定の割合でＳｉが含まれ
たシリサイドでは、ＳｉＣのＳｉを奪ってｘのより大き
な化合物になるよりも、そのままの状態でいるほうが熱
的に安定といえる。したがって、シリサイドを用いるこ
とにより、熱処理によってＳｉＣと反応しにくくなり、
リーク電流の増加を抑制することができると考えられ
る。[0025] Metal silicide MSi x (M is a metal) to the value of x is generated energy of the silicide becomes minimum in the vicinity of 1. Therefore, it can be said that in a silicide containing Si at a predetermined ratio, it is more thermally stable in the state as it is, rather than taking Si of SiC to form a compound having a larger x. Therefore, the use of silicide makes it difficult to react with SiC by heat treatment,
It is considered that the increase in leak current can be suppressed.
【００２６】なお、シリサイドを形成する金属Ｍとして
は、仕事関数が５．２以下のものがＳｉＣに対するバリ
アの高さが小さく、オン抵抗を下げることができる。金
属ＭとしてはＴｉ以外に、Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｒｅ，Ｎｉ，Ｒｕ，
Ｐｄ，Ｌｕ，Ｆｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｐｔがあ
げられる。また、ＳｉＣ中のＳｉとの反応を抑制する観
点から、金属シリサイドＭＳｉx 中のＳｉの割合は所定
以上、具体的にはｘが０．３以上、さらに好ましくは１
以上とすることが好ましい。As the metal M forming the silicide, a metal having a work function of 5.2 or less has a small barrier height against SiC and can reduce the on-resistance. As the metal M, in addition to Ti, La, Zr, Hf, V, N
b, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Ni, Ru,
Examples thereof include Pd, Lu, Fe, Os, Ir, Co, Rh and Pt. Further, in view of suppressing the reaction between Si in SiC, the proportion of Si in the metal silicide MSi x is given above, specifically, x is 0.3 or more, more preferably 1
The above is preferable.
【００２７】以上、第１及び第２の実施形態について説
明したが、ショットキー電極としての厚さは１０ｎｍ程
度以上が好ましく、また、平面抵抗を下げる或いはボン
ディング性を向上させるために、実施例中でも説明した
ように他の金属を積層しても良い。Although the first and second embodiments have been described above, the thickness of the Schottky electrode is preferably about 10 nm or more, and in order to reduce the plane resistance or improve the bonding property, the examples are also used. Other metals may be stacked as described.
【００２８】なお、第１及び第２の実施形態ではショッ
トキーダイオードについて説明したが、ＭＥＳＦＥＴな
どの他の半導体装置のショットキー電極として用いるこ
とも可能である。Although the Schottky diode has been described in the first and second embodiments, it can be used as the Schottky electrode of another semiconductor device such as MESFET.
【００２９】（実施形態３）以下のようにして図１に示
すようなショットキーダイオードを作製し、作製したシ
ョットキーダイオードの評価等を行った。(Embodiment 3) A Schottky diode as shown in FIG. 1 was manufactured in the following manner, and the Schottky diode manufactured was evaluated.
【００３０】まず、不純物濃度１０18／ｃｍ3 のｎ型伝
導を示すＳｉＣ基板１（厚さ０．２ｍｍ）に、不純物濃
度５×１０15／ｃｍ3 のｎ型ＳｉＣ層（ＳｉＣエピタキ
シャル層２）１０μｍをエピタキシャル成長させた基板
を準備した。通常の洗浄方法によって洗浄した後、乾燥
酸素中１２００℃で酸化膜を形成した。その後、エピタ
キシャル層２側をレジストで保護し、反対側の層の酸化
膜をふっ酸で溶解した。レジストを除去した後に洗浄を
行い、ＳｉＣ基板１の裏面にオーミック電極３としてＮ
ｉを１μｍの厚さで蒸着した。さらに、９５０℃でアニ
ールを行い、オーミック性を確保した。その後、エピタ
キシャル層２側の酸化膜を溶解してエピタキシャル層２
の表面を露出させた。First, an n-type SiC layer (SiC epitaxial layer 2) having an impurity concentration of 5 × 10 15 / cm 3 is formed on an SiC substrate 1 (thickness: 0.2 mm) showing an n-type conduction with an impurity concentration of 10 18 / cm 3. A substrate on which 10 μm was epitaxially grown was prepared. After cleaning by a normal cleaning method, an oxide film was formed at 1200 ° C. in dry oxygen. After that, the epitaxial layer 2 side was protected with a resist, and the oxide film on the opposite layer was dissolved with hydrofluoric acid. After removing the resist, cleaning is performed, and N is used as the ohmic electrode 3 on the back surface of the SiC substrate 1.
i was deposited to a thickness of 1 μm. Furthermore, annealing was performed at 950 ° C. to ensure ohmic properties. Then, the oxide film on the epitaxial layer 2 side is melted to form the epitaxial layer 2
Exposed the surface of.
【００３１】次に、上記の工程を行った基板を蒸着装置
にセットし、ショットキー電極となる金属材料を蒸着し
た。このとき、第１の金属としてＳｃ、第２の金属とし
てＨｆ或いはＺｒを選び、第１の金属及び第２の金属を
同時に蒸着した。基板温度は２００℃とし、両金属の固
溶体を形成しやすくさせた。試料としては、Ｓｃ：Ｈｆ
或いはＳｃ：Ｚｒの比を、３：２、１：１、９：１とし
たものを作製した。その後、パターニングを行って直径
１００μｍのショットキー電極４を形成した。パターニ
ング後、アルゴン雰囲気中で３００℃、１時間のアニー
ルを行った。Next, the substrate subjected to the above steps was set in a vapor deposition apparatus, and a metal material to be a Schottky electrode was vapor deposited. At this time, Sc was selected as the first metal and Hf or Zr was selected as the second metal, and the first metal and the second metal were vapor-deposited at the same time. The substrate temperature was 200 ° C. to facilitate the formation of a solid solution of both metals. As a sample, Sc: Hf
Alternatively, a Sc: Zr ratio of 3: 2, 1: 1, and 9: 1 was prepared. Then, patterning was performed to form a Schottky electrode 4 having a diameter of 100 μm. After patterning, annealing was performed at 300 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere.
【００３２】第１の金属として用いるＳｃは、シリサイ
ドやカーバイドを形成しやすくＳｉＣに対して十分な密
着力が得られるが、仕事関数が小さいのでＳｉＣと接合
したときにショットキーバリアを形成することができな
い。そこで、仕事関数がＳｃよりも大きくかつＳｃと固
溶体を形成しやすいＨｆやＺｒを用い、固溶体の仕事関
数を増加させることで、ＳｉＣに対し低バリアハイトの
ショットキーダイオードを形成するようにした。Sc used as the first metal is easy to form silicide or carbide and can obtain sufficient adhesion to SiC, but since it has a small work function, it should form a Schottky barrier when it is joined to SiC. I can't. Therefore, by using Hf or Zr, which has a work function larger than Sc and easily forms a solid solution with Sc, the work function of the solid solution is increased to form a Schottky diode having a low barrier height with respect to SiC.
【００３３】以上のようにして作製したサンプルに対し
て、電圧と容量の関係からビルトイン電圧を求めバリア
ハイトを求めた。なお、比較例としてＴｉをショットキ
ー電極としたものも同様に作製し、バリアハイトを求め
た。その結果、Ｔｉの場合は０．９ｅＶのバリアハイト
であったが、本実施形態の場合には各試料とも０．２〜
０．８ｅＶの範囲内であった。ばらつきは見られたが、
どちらかというとＳｃの割合が少ないほうがバリアハイ
トの値が大きい傾向であった。With respect to the sample manufactured as described above, the built-in voltage was calculated from the relationship between the voltage and the capacitance, and the barrier height was calculated. As a comparative example, a Schottky electrode made of Ti was also prepared in the same manner, and the barrier height was obtained. As a result, in the case of Ti, the barrier height was 0.9 eV.
It was within the range of 0.8 eV. Although there were variations,
If anything, the smaller the proportion of Sc, the larger the barrier height value tended to be.
【００３４】また、電極のＸ線回析を行ったところ、本
実施形態の試料は単一相であった。また、混合相電極に
ありがちなアニールにおける相分離などに起因するはが
れ等の現象は見られなかった。When the X-ray diffraction of the electrode was performed, the sample of this embodiment was in a single phase. In addition, there was no phenomenon such as peeling due to phase separation during annealing, which is likely to occur in mixed phase electrodes.
【００３５】なお、通常の洗浄、蒸着工程で電極を形成
すると界面に薄い酸化膜が形成されやすく、その影響で
大きなバリアハイトが観測される場合がある。そこで、
界面を清浄化させるために、蒸着前にイオンボンバード
メント等を行ったところ、安定した界面を得ることがで
きた。以下、具体的に説明する。If an electrode is formed by a normal cleaning or vapor deposition process, a thin oxide film is likely to be formed on the interface, and a large barrier height may be observed due to the influence. Therefore,
Ion bombardment was performed before vapor deposition to clean the interface, and a stable interface could be obtained. The details will be described below.
【００３６】ＲＦコイルを備えた蒸着装置にＨｅやＡｒ
等の不活性ガス或いは水素や炭化水素等の還元性ガスを
微量導入してプラズマを生成し、このプラズマに対して
１００Ｖ程度以下の直流電圧を印加してＳｉＣ基板表面
に衝突させた。このようなイオンボンバードメント処理
を行った後にショットキー電極を形成したもののバリア
ハイトを評価した。３００℃のアニールを行った後にお
いて、イオンボンバードメント処理無しのものはバリア
ハイトに±０．２ｅＶ程度のばらつきがあったが、イオ
ンボンバードメント処理を行ったものは±０．１ｅＶ以
内とばらつきが改善された。He or Ar can be applied to a vapor deposition apparatus equipped with an RF coil.
A small amount of an inert gas such as hydrogen or a reducing gas such as hydrogen or hydrocarbon was introduced to generate plasma, and a DC voltage of about 100 V or less was applied to the plasma to collide with the surface of the SiC substrate. The barrier height of the Schottky electrode formed after the ion bombardment treatment was evaluated. After annealing at 300 ° C, the barrier height had a variation of about ± 0.2 eV without the ion bombardment treatment, but the variation was within ± 0.1 eV with the ion bombardment treatment. Was done.
【００３７】また、水素ガスを導入した減圧状態で６０
０℃の熱処理を行い、その後２００℃でショットキー電
極となる金属材料を蒸着した場合も、やはりバリアハイ
トのばらつきは±０．１ｅＶ以内であった。Further, in a depressurized state in which hydrogen gas is introduced, 60
Even when the heat treatment was performed at 0 ° C. and then the metal material to be the Schottky electrode was vapor-deposited at 200 ° C., the variation in the barrier height was still within ± 0.1 eV.
【００３８】（実施形態４）第１の金属としてＨｆを、
第二の金属としてＴｉを用い、両金属の固溶体をショッ
トキー電極として、第３の実施形態と同様にショットキ
ーダイオードを作製した。Ｈｆ／Ｔｉの比率は９から
０．１とした。その結果、バリアハイトは０．３から
０．７ｅＶまで連続的に変化させることができた。ま
た、第１の実施形態と同様、電極はがれはなかった。(Embodiment 4) Hf is used as the first metal,
A Schottky diode was manufactured in the same manner as in the third embodiment, using Ti as the second metal and using the solid solution of both metals as the Schottky electrode. The Hf / Ti ratio was 9 to 0.1. As a result, the barrier height could be continuously changed from 0.3 to 0.7 eV. Further, as in the first embodiment, no electrode peeling occurred.
【００３９】なお、ＺｒとＨｆやＴｉとで固溶体を形成
することも有効であり、上述したＨｆ−Ｔｉの他にも、
Ｈｆ−Ｚｒ或いはＺｒ−Ｔｉの固溶体を用いることによ
り、Ｔｉよりも仕事関数を下げることができ、バリアハ
イトの低いショットキー接合を得ることが可能である。It is also effective to form a solid solution with Zr and Hf or Ti. In addition to the above Hf-Ti,
By using a solid solution of Hf-Zr or Zr-Ti, it is possible to lower the work function than Ti, and it is possible to obtain a Schottky junction with a low barrier height.
【００４０】（実施形態５）第１の金属としてＬａを、
第２の金属としてＡｌを用い、これらを基板温度２００
℃で同時に蒸着して、Ｌａ3 Ａｌ、ＬａＡｌ2 をショッ
トキー電極として用いた２種類のショットキーダイオー
ドを第３の実施形態と同様に作製した。また、比較例と
して、Ｌａをショットキー電極とした試料も作製した。(Embodiment 5) La is used as the first metal.
Al is used as the second metal, and these are used at a substrate temperature of 200
Two types of Schottky diodes using La 3 Al and LaAl 2 as Schottky electrodes were simultaneously vapor-deposited at the same temperature as in the third embodiment. As a comparative example, a sample using La as a Schottky electrode was also manufactured.
【００４１】測定の結果、ＳｉＣとのショットキー接合
のバリアハイトは、Ｌａ3 Ａｌでは０．４ｅＶ、ＬａＡ
ｌ2 では０．６ｅＶであった。また電極にＬａＡｌ2 を
用いた試料に対してアニールを行った。逆方向に１００
Ｖの電圧を印加した場合、３００℃のアニールでは１０
-4（Ａ）のリーク電流であったが、８００℃のアニール
では１０-6（Ａ）に低下した。なお、電極にＬａのみを
用いた試料では８００℃でのアニールによって電極が凝
集してしまったが、電極にＬａＡｌ2 を用いた試料では
形状に特に変化は見られなかった。
（実施形態６）第１の金属としてＳｃ、Ｙ或いはランタ
ン系のＬａ，Ｃｅ，Ｇｄ，Ｎｄを用い、第２の金属とし
てＲｕ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ｇａ，Ｉｎ，
Ｔｌ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｐｔ，Ａｕを用い、第
１の金属／第２の金属の比率が０．３〜３の合金をショ
ットキー電極とした。作製方法は第３の実施形態と同様
であり、また同様にバリアハイトを評価した。As a result of the measurement, the barrier height of the Schottky junction with SiC is 0.4 eV for La 3 Al and LaA.
It was 0.6 eV at l 2 . Further, annealing was performed on the sample using LaAl 2 for the electrode. 100 in the opposite direction
When a voltage of V is applied, 10 at annealing at 300 ° C.
The leak current was -4 (A), but it decreased to 10 -6 (A) by annealing at 800 ° C. In the sample using only La for the electrode, the electrode aggregated by annealing at 800 ° C., but the sample using LaAl 2 for the electrode showed no particular change in shape. (Embodiment 6) Sc, Y or lanthanum based La, Ce, Gd, Nd is used as the first metal, and Ru, Ag, Co, Zn, Cd, Hg, Ga, In, as the second metal.
Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, Pt, and Au were used, and an alloy having a ratio of the first metal / the second metal of 0.3 to 3 was used as the Schottky electrode. The manufacturing method was the same as in the third embodiment, and the barrier height was evaluated in the same manner.
【００４２】その結果、バリアハイトは０．３〜０．８
ｅＶの範囲内であった。なお、第２の金属中に不純物元
素が１％程度含まれていてもバリアハイトには大きな影
響はなかった。また、第２の金属としてＲｕ，Ａｇ，Ｃ
ｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｐｔ，Ａｕを用いた場合には、７００
℃でアニールを行っても電極に変化はなく耐熱性が得ら
れた。As a result, the barrier height is 0.3 to 0.8.
It was within the range of eV. Even if the second metal contained an impurity element of about 1%, the barrier height was not significantly affected. Further, as the second metal, Ru, Ag, C
o, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Sn, P
When b, Sb, Bi, Pt, Au is used, 700
Even if annealing was performed at ℃, the electrode did not change and heat resistance was obtained.
【００４３】以上本発明の各実施形態を説明したが、本
発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、そ
の趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施す
ることが可能である。Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be carried out without departing from the spirit of the present invention.
【００４４】[0044]
【００４５】[0045]
【発明の効果】本発明では、ＳｉＣとの間でショットキ
ー接合を形成する電極材料に所定の金属の合金を用いる
ことにより、ショットキー接合のバリアハイトを低くす
ることができ、オン電流の多い優れた半導体素子を得る
ことができる。According to the present invention, the barrier height of a Schottky junction can be lowered by using an alloy of a predetermined metal as an electrode material forming a Schottky junction with SiC, which is excellent in a large on-current. It is possible to obtain an excellent semiconductor device.
【図１】本発明の実施形態に係るショットキーダイオー
ドの構成例を示した図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a Schottky diode according to an embodiment of the present invention.
１…ＳｉＣ基板 ２…ＳｉＣエピタキシャル層 ３…オーミック電極 ４…ショットキー電極 1 ... SiC substrate 2 ... SiC epitaxial layer 3 ... Ohmic electrode 4 ... Schottky electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/47 H01L 29/872 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/47 H01L 29/872
Claims (5)
形成された半導体装置において、前記電極としてスカン
ジウム（Ｓｃ）とハフニウム（Ｈｆ）の合金又はスカン
ジウム（Ｓｃ）とジルコニウム（Ｚｒ）の合金を用いる
ことを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device having a Schottky junction formed between SiC and an electrode, wherein a scan electrode is used as the electrode.
An alloy of scandium (Sc) and hafnium (Hf) or scan
A semiconductor device comprising an alloy of zirconium (Zr) and zirconium (Sc) .
形成された半導体装置において、前記電極としてＬａ 3
Ａｌ又はＬａＡｌ 2 を用いることを特徴とする半導体装
置。 2. A Schottky junction is formed between SiC and an electrode.
In the formed semiconductor device, La 3 is used as the electrode.
Semiconductor device characterized by using Al or LaAl 2
Place
形成された半導体装置において、前記電極としてIVａ族
どうしの合金を用いることを特徴とする半導体装置。3. A semiconductor device in which a Schottky junction is formed between SiC and an electrode, wherein an alloy of IVa group is used as the electrode.
（Ｈｆ）とチタン（Ｔｉ）の合金、ハフニウム（Ｈｆ）
とジルコニウム（Ｚｒ）の合金、又はハフニウム（Ｈ
ｆ）とチタン（Ｔｉ）とジルコニウム（Ｚｒ）の合金で
あることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。4. The alloy used as the electrode is an alloy of hafnium (Hf) and titanium (Ti), hafnium (Hf).
And zirconium (Zr) alloy, or hafnium (H
The semiconductor device according to claim 3, which is an alloy of f), titanium (Ti), and zirconium (Zr).
（Ｈｆ）とチタン（Ｔｉ）の合金であり、Ｈｆ／Ｔｉの
比率が９から０．１の範囲にあることを特徴とする請求
項３に記載の半導体装置。5. The alloy used as the electrode is an alloy of hafnium (Hf) and titanium (Ti), and the Hf / Ti ratio is in the range of 9 to 0.1. The semiconductor device described.
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