JP4131405B2 - オーミック電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、オーミック電極の製造方法に関し、より詳しくは、太陽電池、光電変換素子、薄膜トランジスタ、半導体集積回路、センサ、半導体レーザー、パワーデバイス等の半導体装置に用いられる半導体材料からなる基板上にオーミック電極を形成せしめる方法に関する。

太陽電池、光電変換素子、薄膜トランジスタ、半導体集積回路、センサ、半導体レーザー、パワーデバイス等の半導体装置には、それが適切な動作をするために、電力を供給するための電極、入力信号を供給するための電極、出力信号を取り出すための電極等を半導体材料からなる基板（以下、「半導体基板」という）上に設ける必要がある。一般に半導体装置はその機能に応じて構造が決定されるが、金属と半導体を接合すると一般的にショットキーバリアが形成され、整流特性が発生する。この整流特性は金属と半導体を接合する前の半導体表面の状態によって変化するので、半導体ウエハごと、あるいはひとつのウエハ内でも場所ごとに整流特性が微妙に異なる。したがって、半導体表面にショットキーバリアが形成された状態で金属電極が形成されると、たとえ金属電極と半導体との間の整流特性を考慮して半導体装置の構造を設計したとしても、電極と半導体との界面での整流特性のばらつきの影響を受けてウエハごと、あるいは半導体装置ごとで最終的な特性にばらつきが生じてしまうという問題があった。

そこで、このような問題を解決する方法として、特開平４−２９８０２８号公報（特許文献１）、特開平５−１９０４８８号公報（特許文献２）、特開２０００−１２４８６号公報（特許文献３）には、金属電極材料からなる金属膜を半導体表面に形成した後でシンタまたは合金化処理とよばれる半導体の種類に応じた高温での加熱処理を施し、オーミック接触（印加電圧と電流が比例する、すなわち整流特性がない接触）を得ることによりオーミック電極とする方法が開示されている。また、金属電極材料からなる金属膜を半導体表面に形成した後で加熱処理に代えてプラズマ処理やレーザーアニール処理を施してオーミック接触を得る方法も開示されている。

また最近では、薄膜トランジスタ、太陽電池等の半導体装置がガラス基板や樹脂基板の上に形成されるようになり、金属膜と半導体とのオーミック接触をできるだけ低温で形成する方法として、特開平１０−２７５９２３号公報（特許文献４）には金属シリサイド層を、特開平６−３４２９２５号公報（特許文献５）には昇華性導電物質層をそれぞれ金属電極材料からなる金属膜と半導体基板との間に介在させることによりオーミック接触を得る方法が開示されている。

しかしながら、上記従来の半導体装置においてオーミック電極を得る方法はいずれも、半導体表面に金属電極材料からなる金属膜を形成する工程に加えて、加熱処理、プラズマ処理、レーザーアニール処理等の付加的な後処理を施す工程や、金属シリサイド層、昇華性導電物質層等の付加的な中間層を設ける工程が必要であり、電極形成の工程が複雑になり、半導体装置の製造コストが増加するという問題があった。
特開平４−２９８０２８号公報 特開平５−１９０４８８号公報 特開２０００−１２４８６号公報 特開平１０−２７５９２３号公報 特開平６−３４２９２５号公報

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、従来は必要であった付加的な加熱処理等の後処理や付加的な中間層を設けることなく、半導体基板上に金属電極材料からなるオーミック電極を比較的低い基板温度で直接的に形成することが可能なオーミック電極の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、金属電極材料からなるターゲットに所定のパルス幅およびエネルギー密度のパルスレーザー光を照射して発生せしめた金属電極材料の飛散粒子を半導体基板上に堆積させることにより上記目的が達成可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、金属電極材料からなるターゲットにパルス幅が１００ピコ秒〜１００ナノ秒であり１パルスあたりのエネルギー密度が０．０１Ｊ/ｃｍ^２〜５０Ｊ/ｃｍ^２でありかつ照射強度が１０^６Ｗ/ｃｍ^２〜１０^１２Ｗ/ｃｍ^２（好ましくは５×１０^８Ｗ/ｃｍ^２〜１０^１２Ｗ/ｃｍ^２）であるパルスレーザー光を照射して金属電極材料の飛散粒子と波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光とを発生させ、半導体材料からなる基板の表面に前記真空紫外光を照射しつつ前記飛散粒子を堆積させて前記基板上にオーミック電極を形成せしめるオーミック電極の製造方法であり、前記金属電極材料と前記半導体材料との組み合わせが、下記（i）〜（iii）：
（i）前記半導体材料がシリコンでありかつ前記金属電極材料がアルミニウム、アルミニウムシリコン合金、アルミニウムシリコン銅合金、チタン、ニッケルおよびコバルトからなる群から選択される１種である組み合わせ、
（ii）前記半導体材料が砒化ガリウムでありかつ前記金属電極材料が金ゲルマニウム合金、金亜鉛合金、金マンガン合金、ニッケル、チタン、白金、亜鉛、クロムおよびマグネシウムからなる群から選択される１種である組み合わせ、
（iii）前記半導体材料が炭化珪素でありかつ前記金属電極材料がアルミニウム、金、ニッケル、白金、パラジウム、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、クロム、コバルトおよびハフニウムからなる群から選択される１種である組み合わせ、
のうちのいずれか１つであることを特徴とするオーミック電極の製造方法にある。

なお、上記本発明の方法によって、付加的な加熱処理等の後処理や付加的な中間層を設けることなく、半導体基板上に比較的低い基板温度で直接的にオーミック電極が形成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、金属電極材料からなるターゲットにパルス幅が１０ヘムト秒〜１００ナノ秒でかつ１パルスあたりのエネルギー密度が０．０１Ｊ/ｃｍ^２〜５０Ｊ/ｃｍ^２であるパルスレーザー光が照射されると、ターゲット表面に高温のプラズマが形成され、そのターゲット表面から金属電極材料を構成する分子が高いエネルギーをもって飛散するほか、上記プラズマ内部もしくはプラズマにより加熱された上記金属電極材料からなるターゲット表面では、金属電極材料を構成する分子が分解することにより形成された中性原子、イオン、並びに前記の分子、中性原子およびイオンのうちのいくつかが結合して形成されたクラスタが高いエネルギーをもって飛散する。そして、このような条件下でいわゆるレーザーアブレーションによって発生した飛散粒子の運動エネルギーは、単に金属電極材料が蒸発したときの金属原子の運動エネルギーに比べて数１０倍から１０万倍程度である。そのため、これらの飛散粒子が半導体基板上に到達すると半導体基板の表面に衝突し、金属電極材料を構成する原子が半導体材料を構成する原子と原子層レベルの混合を起こして数原子層の混合層が形成される。そして、さらにその上に飛散粒子が到達すると、高いエネルギーをもっている飛散粒子は基板上に堆積して欠陥の少ない、したがって電気抵抗の小さい金属電極として再構成される。このようにして形成された混合層内では半導体材料を構成する原子と金属電極材料を構成する原子とが原子層レベルで十分混合されているので、単に金属と半導体とを接合したときのように整流特性を示すことはなく、半導体基板上に形成された金属膜がオーミック電極として作用する。そのため、本発明の方法によれば、比較的低い基板温度であっても、付加的な加熱処理等の後処理や付加的な中間層を設けることなく、半導体基板上に直接的にオーミック電極が形成されるものと本発明者らは推察する。

また、パルス幅が１００ピコ秒〜１００ナノ秒でかつ照射強度が１０^６Ｗ/ｃｍ^２〜１０^１２Ｗ/ｃｍ^２であるパルスレーザー光が金属電極材料からなるターゲットに照射されると、ターゲット表面に形成された高温のプラズマから波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光が発生する。そして、特に炭化珪素のごとき炭素を含有する半導体基板上にこの真空紫外光が照射されると該半導体基板の表面が活性化されるため、活性化された上記半導体基板上に到達した飛散粒子は上記基板表面の原子に強固に結合し、上記半導体基板に対して十分な付着強度をもって強固に密着したオーミック電極が形成される傾向にある。

なお、ここでいう波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光とは、５０ｎｍ〜１００ｎｍの波長領域における少なくとも一部の波長を有する真空紫外光のことをいうが、以下の条件のうちの少なくとも一つの条件を満たしていることが好ましい。
(i)５０ｎｍ〜１００ｎｍの波長領域に少なくとも一つの光強度のピークを有すること、
(ii)５０ｎｍ〜１００ｎｍの波長領域の光の全エネルギーが１００ｎｍ〜１５０ｎｍの波長領域の光の全エネルギーより高いこと、
(iii)５０ｎｍ〜１００ｎｍの波長領域の光の全エネルギーが５０ｎｍ以下の波長領域の光の全エネルギーより高いこと
(iv)５０ｎｍ〜１００ｎｍの波長領域の光のエネルギー密度が基板上で０．１μＪ／ｃｍ^２〜１０ｍＪ／ｃｍ^２（より好ましくは１μＪ／ｃｍ^２〜１００μＪ／ｃｍ^２）であること。なお、基板上における前記エネルギー密度が０．１μＪ／ｃｍ^２より低くなると処理に要する時間が過度に長くなってしまう傾向にあり、他方、１０ｍＪ／ｃｍ^２より高くなると基板が分解されてしまう傾向にある。

前記本発明のオーミック電極の製造方法においては、内部が減圧状態となっている容器内、或いは内部が水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガスおよびアルゴンガスからなる群から選択される少なくとも一種のガスを含有するシールドガス雰囲気となっている容器内において前記基板上にオーミック電極を形成せしめることが好ましい。このように内部が減圧状態となっている容器を用いると、真空紫外光が空気中の酸素等の真空紫外光吸収物質に吸収されることなく半導体基板表面に照射され、半導体基板表面がより効率良く活性化される傾向にある。また、内部がシールドガス雰囲気となっている容器を用いると、容器内を減圧状態とせずとも真空紫外光が真空紫外光吸収物質に吸収されることなく半導体基板表面に照射され、半導体基板表面がより効率良く活性化される傾向にある。さらに、後者の場合、前者の場合に比べて真空ポンプや耐圧容器を用いる必要がなくなるため、装置の簡便性および低コストという点でより好ましい傾向にある。

本発明によれば、従来は必要であった付加的な加熱処理等の後処理や付加的な中間層を設けることなく、半導体基板上に金属電極材料からなるオーミック電極を比較的低い基板温度で直接的に形成することが可能となる。

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。先ず、本発明の方法を実施するのに好適なオーミック電極の製造装置の一実施形態について説明する。

図１は、本発明に好適なオーミック電極の製造装置の好適な一実施形態の基本構成を示す模式図であり、図１に示すオーミック電極の製造装置はいわゆるレーザーアブレーション装置１として構成されている。すなわち、図１に示すレーザーアブレーション装置１は、レーザー光源２と、レーザー光源２から発せられたレーザー光Ｌ_１が導入される処理容器３とを備えており、処理容器３の内部にはレーザー光Ｌ_１が照射されるターゲット４と、表面にオーミック電極５が形成されるべき半導体基板６とが配置されている。

レーザー光源２は、パルス幅が１０ヘムト秒〜１００ナノ秒でかつ１パルスあたりのエネルギー密度が０．０１Ｊ/ｃｍ^２〜５０Ｊ/ｃｍ^２であるパルスレーザー光を照射することができるレーザー光発生装置であればよく、特に制限されないが、例えばヘムト秒レーザー装置、エキシマレーザー装置、ＹＡＧレーザー装置によって構成され、中でもヘムト秒レーザー装置またはＹＡＧレーザー装置によって構成されることが好ましい。そして、レーザー光源２は、処理容器３の内部に配置されているターゲット４に向かってレーザー光Ｌ_１を照射する位置に配置されている。また、図示はしていないが、レーザー光Ｌ_１をターゲット４に照射した際にターゲット４の表面から飛散粒子ａが効率的に発生するように、レーザー光Ｌ_１の光路の途中にレンズ、鏡等を適宜配置してレーザー光のエネルギー密度や照射角度を調整してもよい。特に、集光レンズ（図示せず）を処理容器３の内部または外部に配置して、ターゲット４に照射されるパルスレーザー光Ｌ_１の照射強度が１０^５Ｗ/ｃｍ^２〜５×１０^１５Ｗ/ｃｍ^２となるようにすることが好ましく、１０^６Ｗ/ｃｍ^２〜１０^１２Ｗ/ｃｍ^２となるようにすることがより好ましい。

処理容器３は、少なくともターゲット４と基板６とを内部に収容するための容器（例えばステンレス製の容器）であり、レーザー光Ｌ_１を容器３内に配置されたターゲット４の表面に導入するための窓９（例えば石英製の窓）を備えている。また、処理容器３には真空ポンプ（図示せず）が接続されており、容器３の内部を所定圧力の減圧状態に維持することが可能となっている。このように内部が減圧状態となる容器３を用いると、真空紫外光Ｌ_２が空気中の酸素等の真空紫外光吸収物質に吸収されることなく基板６の表面に照射され、基板６の表面がより効率良く活性化される。なお、容器３の内部を減圧状態に維持する際の圧力としては、４×１０^４Ｐａ（３００Ｔｏｒｒ）以下の圧力が好ましく、７．５×１０^−３Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）以下の圧力が特に好ましい。

ターゲット４は、後述する基板６上にオーミック電極５を構成するための金属電極材料からなるものであり、具体的には目的の半導体装置を構成しかつオーミック電極と接合する半導体材料の種類によって適宜決定される。このような金属電極材料としては、各種の遷移金属またはそれらの合金を用いることができ、例えば、半導体材料がシリコンの場合にはアルミニウム、アルミニウムシリコン合金、アルミニウムシリコン銅合金、チタン、ニッケル、コバルト等が好適に用いられ、半導体材料が砒化ガリウムの場合には金ゲルマニウム合金、金亜鉛合金、金マンガン合金、ニッケル、チタン、白金、亜鉛、クロム、マグネシウム等が好適に用いられ、半導体材料が炭化珪素の場合にはアルミニウム、金、ニッケル、白金、パラジウム、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、クロム、コバルト、ハフニウム等が好適に用いられる。なお、ターゲット４の形状等は特に制限されず、板状、ロッド状等に成形された金属電極材料からなるバルク材や、金属電極材料をテープ上に蒸着したテープ状ターゲット等を用いることができる。

また、オーミック電極５を構成する金属電極材料として合金を採用する場合、(i)合金を構成すべき金属を混合し、目的とする合金からなるオーミック電極が堆積するように適宜組成を調整したもの、或いは(ii)目的とする合金からなるオーミック電極が得られるように主成分である金属上に適正量の合金化されるべき金属を配置（または貼付）したものを金属電極材料として用いることができる。

基板６は、その表面にオーミック電極５が形成されるべき半導体材料からなる基板であり、具体的には適用する半導体装置等によって適宜決定される。このような半導体材料からなる基板としては、各種の半導体物質からなる基板を用いることができ、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素等のＩＶ族元素または化合物、砒化ガリウム、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＺｎＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物からなる基板が好適に用いられる。

このような半導体材料からなる基板６の厚さは特に制限されず、適用する半導体装置等によって適宜決定されるが、一般的には０．１〜１ｍｍ程度が好ましい。また、その表面に形成されるオーミック電極５の厚さも特に制限されず、その用途等によって適宜決定されるが、一般的には０．１〜５μｍ程度が好ましい。

また、半導体基板６の裏面（オーミック電極５が形成される面と反対側の面）には対電極７が設けられていてもよい。このような対電極７の材料は特に制限されず、オーミック電極５と同一であっても異なっていてもよいが、前述の金属電極材料からなる電極が好適に用いられる。また、対電極７もオーミック電極となっていることが好ましく、本発明の方法によって形成されたオーミック電極であることが特に好ましい。

上述の基板６とターゲット４との位置的関係は特に限定されず、基板６の表面にターゲット４の表面から発生した飛散粒子ａが効率良く堆積するようにターゲット４に対して基板６が適宜配置され、図１においてはターゲット４の法線に対する角度Θが４５°となる位置に基板６が配置されている。また、ターゲット４にはターゲット駆動装置（図示せず）が接続され、レーザー光Ｌ_１の照射位置にターゲットの新鮮な面（レーザー光未照射面）が順次繰り出されるようになっている。

以上、本発明の方法を実施するのに好適なオーミック電極の製造装置の一実施形態について説明したが、本発明に好適な装置は上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、例えば、上記実施形態では処理容器３が真空ポンプ（図示せず）に接続されているが、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガスおよびアルゴンガスからなる群から選択される少なくとも一種のシールドガスを導入するためのガスボンベ（図示せず）に接続されていてもよく、その場合は容器３の内部を所定のシールドガス雰囲気に維持することが可能となる。このように内部がシールドガス雰囲気となっている容器３を用いると、容器３内を減圧状態とせずとも真空紫外光Ｌ_２が真空紫外光吸収物質に吸収されることなく基板６の表面に照射され、基板６の表面がより効率良く活性化される。また、処理容器３に真空ポンプ（図示せず）およびガスボンベ（図示せず）の双方を接続し、容器３の内部を所定のシールドガス雰囲気にすると共に所定圧力の減圧状態に維持するようにしてもよい。

また、上記実施形態ではレーザー光源２が処理容器３の外部に配置されているが、処理容器３の内部に配置されていてもよく、その場合はレーザー光Ｌ_１を容器３内に導入するための窓９は不要となる。

更に、上記実施形態ではターゲット４の法線に対する角度Θが４５°となる位置に基板６が配置されているが、このような位置関係に限定されるものではなく、例えば半導体材料からなる基板６としてレーザー光Ｌ_１を透過可能なものを用い、基板６をレーザー光源２とターゲット４との間にターゲット４に対して対向配置せしめ、基板６を透過したレーザー光Ｌ_１がターゲット４に照射されるようにしてもよい。

また、金属電極材料からなるターゲット４としてレーザー光Ｌ_１を透過可能なものを用い、ターゲット４をレーザー光源２と基板６との間に配置せしめ、ターゲット４の裏面から表面に透過したレーザー光Ｌ_１によってターゲット４の表面から透明導電膜材料の飛散粒子ａ（或いは透明導電膜材料の飛散粒子ａおよび真空紫外光Ｌ_２）が発生し、それらが基板６の表面に供給されるようにしてもよい。このような構成にすると、比較的大型の基板に対するオーミック電極の形成がより容易になる傾向にある。また、このような構成に用いるターゲットとしては、レーザー光に対して透明なフィルム（例えばＰＥＴフィルム）上に金属電極材料を蒸着、貼着等により積層したテープ状ターゲットが好ましい。

次に、本発明のオーミック電極の製造方法の好適な一実施形態について、図１を参照しつつ説明する。

本発明のオーミック電極の製造方法においては、前述の金属電極材料からなるターゲット４にパルス幅が１０ヘムト秒〜１００ナノ秒でかつ１パルスあたりのエネルギー密度が０．０１Ｊ/ｃｍ^２〜５０Ｊ/ｃｍ^２であるパルスレーザー光Ｌ_１がレーザー光源２から照射される。すると、ターゲット４の表面に高温のプラズマＰが形成され、レーザー光Ｌ_１が照射されたターゲット４の表面からは金属電極材料を構成する分子が高いエネルギーをもって飛散するほか、上記プラズマＰ内部もしくはプラズマＰにより加熱されたターゲット４の表面からは、金属電極材料を構成する分子が分解することにより形成された中性原子、イオン、並びに前記の分子、中性原子およびイオンのうちのいくつかが結合して形成されたクラスタが高いエネルギーをもって飛散する。

そして、このような条件下でいわゆるレーザーアブレーションによって発生した各種飛散粒子（アブレータ）ａの運動エネルギーは、単に金属電極材料が蒸発したときの金属原子の運動エネルギーに比べて数１０倍から１０万倍程度である。そのため、これらの飛散粒子ａが半導体基板６の表面に到達すると半導体基板６の表面に衝突し、金属電極材料を構成する原子が半導体材料を構成する原子と原子層レベルの混合を起こして数原子層の混合層８が形成される。そして、さらにその上に飛散粒子ａが到達すると、高いエネルギーをもっている飛散粒子ａは基板６上に堆積して欠陥の少ない、したがって電気抵抗の小さい金属電極５として再構成される。このようにして形成された混合層８内では半導体材料を構成する原子と金属電極材料を構成する原子とが原子層レベルで十分混合されているので、単に金属と半導体とを接合したときのように整流特性を示すことはなく、半導体基板６上に形成された金属膜がオーミック電極５として作用する。このようにして、比較的低い基板温度であっても、付加的な加熱処理等の後処理や付加的な中間層を設けることなく、半導体基板６上に直接的にオーミック電極が形成される。

なお、パルスレーザー光Ｌ_１のパルス幅が１０ヘムト秒未満ではごく短時間にレーザーのエネルギーが集中するため飛散粒子ａの運動エネルギーが過大となり、該飛散粒子ａが半導体基板６上に到達したときに半導体基板６の結晶性を破壊してしまい、他方、１００ナノ秒を超えるとエネルギーが時間的に集中しないために十分大きなエネルギーをもった飛散粒子ａが発生せず、そのため該飛散粒子ａが半導体基板６上に到達したときにオーミック接触を生じない。また、ターゲット４に照射されるパルスレーザー光Ｌ_１の１パルスあたりのエネルギー密度が０．０１Ｊ/ｃｍ^２未満では高いエネルギーをもっている飛散粒子ａが十分に発生しないため、半導体基板６と電極５との間のオーミック接触が達成されず、他方、５０Ｊ/ｃｍ^２を超えると飛散粒子ａの運動エネルギーが過大となり、該飛散粒子ａが半導体基板６上に到達したときに半導体基板６の結晶性を破壊してしまい、良好なオーミック接触を生じない。

また、ターゲット４に照射されるパルスレーザー光Ｌ_１のパルス幅が１００ピコ秒〜１００ナノ秒でかつ照射強度が１０^６Ｗ/ｃｍ^２〜１０^１２Ｗ/ｃｍ^２であることが好ましい。このような条件を満たすパルスレーザー光Ｌ_１がターゲット４に照射されると、ターゲット４の表面に形成された高温のプラズマＰから波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光Ｌ_２が発生する。そして、半導体基板６上にこの真空紫外光Ｌ_２が照射されると半導体基板６の表面が活性化されるため、活性化された半導体基板６上に到達した飛散粒子ａは基板６の表面の原子に強固に結合し、半導体基板６に対して十分な付着強度をもって強固に密着したオーミック電極５が形成される傾向にある。

なお、パルスレーザー光Ｌ_１のパルス幅が１００ピコ秒未満では波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光Ｌ_２が十分に発生しない傾向にある。また、パルスレーザー光Ｌ_１の照射強度が１０^６Ｗ/ｃｍ^２未満では波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光Ｌ_２が十分に発生しない傾向にあり、他方、１０^１２Ｗ/ｃｍ^２を超えるとターゲットに照射されたときに発生する電磁波の主たる波長域が５０ｎｍ以下の波長域になるため、波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光Ｌ_２の光量が減少してしまう傾向にある。

なお、上述の本発明のオーミック電極の製造方法においては、半導体基板６上にオーミック電極５を形成せしめる際に基板を高温に加熱する必要はなく、室温であってもよいが、電極と半導体材料との密着性をより向上させ、また界面応力を緩和させるために基板を５０〜２００℃程度に加熱した状態としてもよい。

さらに、前述の本発明の方法によって半導体基板６上にオーミック電極５を形成せしめた後に、得られた半導体装置を実装して配線するのに好適な他の金属膜を、ワイヤーボンディング、はんだ付け等によってオーミック電極５上に更に積層してもよい。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
レーザー光源２としてＹＡＧレーザー装置（スペクトラフィジックス社製、商品名：ＰＲＯ−２９０）、処理容器３として石英窓付の真空容器（ステンレス鋼製、容量３０リットル）、ターゲット４としてアルミニウム板（直径４０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）、基板として比抵抗０．０５Ωｃｍのｎ型シリコン基板（直径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）６の裏面に対電極７として本発明の方法によってアルミニウム電極（直径９０ｍｍ、厚さ１μｍ）を形成してある基板、をそれぞれ用いて図１に示すオーミック電極の製造装置を作製した。なお、基板６はターゲット４の法線に対する角度Θが４５°となる位置に配置し、基板６とターゲット４との間の距離（中心間の距離）は１５０ｍｍとした。

次に、作製された装置を用い、容器３の内部を圧力が２×１０^−３Ｐａの真空状態とし、レーザー光源２から波長５３２ｎｍ、パルス幅７ナノ秒、１パルスあたりのエネルギー密度が３．５Ｊ/ｃｍ^２、照射強度５×１０^８Ｗ／ｃｍ^２のパルスレーザー光Ｌ_１をターゲット４に照射した。容器３内部が真空状態のためパルスレーザー光Ｌ_１は減衰することなくターゲット４に到達し、ターゲット４の表面からアルミニウム原子、アルミニウムイオン、およびこれらアルミニウム原子、アルミニウムイオンのうちのいくつかが結合して形成されたクラスタ等の飛散粒子（アブレータ）ａが高いエネルギーをもって飛散した。そして、ｎ型シリコン基板６の表面に飛散粒子ａが高いエネルギーをもって到達してシリコン原子とアルミニウム原子が原子層レベルで混合し、さらにその表面に堆積した飛散粒子ａによってアルミニウム電極５が再構成された。

約２０分の反応時間で得られたアルミニウム電極５の膜厚は０．３μｍであり、基板温度は約２５℃であった。また、得られたアルミニウム電極５とｎ型シリコン基板６との界面を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、シリコン原子とアルミニウム原子が原子層レベルで混合して形成された数原子層の混合層８の存在が確認された。

（比較例１）
真空蒸着装置として電子ビーム蒸着装置（日電アネルバ社製、商品名：ＥＶＤ５００Ｂ）を用い、実施例１と同様の対電極付きのｎ型シリコン基板の表面に以下に示す条件下で真空蒸着法によりアルミニウム電極（膜厚０．３μｍ）を形成せしめた。
［真空蒸着条件］
蒸発源 アルミニウム
圧力 ２×１０^−６Ｔｏｒｒ
基板温度 ２５℃
（実施例２）
ターゲット４としてニッケル板（直径４０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）、基板としてキャリア濃度２×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型炭化珪素基板（直径１５ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）６の裏面に対電極７として本発明の方法によってニッケル電極（直径１０ｍｍ、厚さ０．５μｍ）を形成してある基板をそれぞれ用い、パルスレーザー光Ｌ_１のパルス幅を１００ピコ秒、１パルスあたりのエネルギー密度を０．１Ｊ/ｃｍ^２、照射強度を１．０×１０^９Ｗ／ｃｍ^２とした以外は実施例１と同様にしてｎ型炭化珪素基板６上にニッケル電極５を形成せしめた。なお、本実施例においてはターゲット４の表面には高温のプラズマＰが形成され、ターゲット４の表面には高温のプラズマＰが形成され、波長が５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にある真空紫外光Ｌ_２が発生し、同時に、ターゲット４の表面からニッケル原子、ニッケルムイオン、およびこれらニッケル原子、ニッケルイオンのうちのいくつかが結合して形成されたクラスタ等の飛散粒子（アブレータ）ａが高いエネルギーをもって飛散した。そして、ｎ型炭化珪素基板６の表面にプラズマＰから発生した真空紫外光Ｌ_２が照射されて十分に活性化され、そこに飛散粒子ａが高いエネルギーをもって到達してシリコン原子と炭素原子とニッケル原子が原子層レベルで混合し、さらにその表面に堆積した飛散粒子ａによってニッケル電極５が再構成された。

約２０分の反応時間で得られたニッケル電極５の膜厚は０．３μｍであり、基板温度は約２５℃であった。また、得られたニッケル電極５とｎ型炭化珪素基板６との界面を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、シリコン原子と炭素原子とニッケル原子が原子層レベルで混合して形成された数原子層の混合層８の存在が確認された。

（比較例２）
真空蒸着装置として電子ビーム蒸着装置（日電アネルバ社製、商品名：ＥＶＤ５００Ｂ）を用い、実施例２と同様の対電極付きのｎ型炭化珪素基板の表面に以下に示す条件下で真空蒸着法によりニッケル電極（膜厚０．３μｍ）を形成せしめた。
［真空蒸着条件］
蒸発源 ニッケル
圧力 ２×１０^−６Ｔｏｒｒ
基板温度 ２５℃
（電流電圧特性試験）
実施例１〜２および比較例１〜２で得られた電極付きの半導体基板の電流電圧特性を、エレクトロメータ（ケースレー社製）を用いて測定した。実施例１および比較例１で得られた電極付きの半導体基板の電流電圧特性を図２に、実施例２および比較例２で得られた電極付きの半導体基板の電流電圧特性を図３にそれぞれ示す。

図２に示した結果から明らかなように、本発明の製造方法により得られた実施例１のアルミニウム電極５はｎ型シリコン基板６との間でオーミック接触が達成されており、実施例１のアルミニウム電極５はオーミック電極となっていることが確認された。また、図３に示した結果から明らかなように、本発明の製造方法により得られた実施例２のニッケル電極５もｎ型炭化珪素基板６との間でオーミック接触が達成されており、実施例２のニッケル電極５もオーミック電極となっていることが確認された。

これに対して、従来の真空蒸着法で形成した比較例１のアルミニウム電極は、ショットキーバリアが電極とｎ型シリコン基板との界面に形成され、整流特性が発現することが確認された。このような整流特性を解消するためには、例えば４２０℃で３０分程度の加熱処理を施すといった後処理が必要であった。

さらに、従来の真空蒸着法で形成した比較例２のニッケル電極は、ショットキーバリアが電極とｎ型炭化珪素基板との界面に形成され、整流特性が発現することが確認された。このような整流特性を解消するためには、例えば１０００℃で５分程度の加熱処理を施すといった後処理が必要であった。

以上説明したように、本発明の製造方法によれば、従来は必要であった付加的な加熱処理等の後処理や付加的な中間層を設けることなく、半導体基板上に金属電極材料からなるオーミック電極を比較的低い基板温度で直接的に形成することが可能となる。従って、本発明の方法は、太陽電池、光電変換素子、薄膜トランジスタ、半導体集積回路、センサ、半導体レーザー、パワーデバイス等の半導体装置に用いられる半導体材料からなる基板上にオーミック電極を形成せしめる方法として非常に有用である。

本発明に好適なオーミック電極の製造装置の好適な一実施形態の基本構成を示す模式図である。 実施例１および比較例１で得られた電極付きの半導体基板の電流電圧特性を示すグラフである。 実施例２および比較例２で得られた電極付きの半導体基板の電流電圧特性を示すグラフである。

符号の説明

１…オーミック電極の製造装置、２…レーザー光源、３…処理容器、４…ターゲット、５…オーミック電極、６…半導体基板、７…対電極、８…混合層、９…窓、Ｌ_１…パルスレーザー光、Ｌ_２…真空紫外光、ａ…飛散粒子、Ｐ…プラズマ。

Claims (3)

1. 金属電極材料からなるターゲットにパルス幅が１００ピコ秒〜１００ナノ秒であり１パルスあたりのエネルギー密度が０．０１Ｊ/ｃｍ^２〜５０Ｊ/ｃｍ^２でありかつ照射強度が１０^６Ｗ/ｃｍ^２〜１０^１２Ｗ/ｃｍ^２であるパルスレーザー光を照射して金属電極材料の飛散粒子と波長５０ｎｍ〜１００ｎｍの真空紫外光とを発生させ、半導体材料からなる基板の表面に前記真空紫外光を照射しつつ前記飛散粒子を堆積させて前記基板上にオーミック電極を形成せしめるオーミック電極の製造方法であり、
   前記金属電極材料と前記半導体材料との組み合わせが、下記（i）〜（iii）：
   （i）前記半導体材料がシリコンでありかつ前記金属電極材料がアルミニウム、アルミニウムシリコン合金、アルミニウムシリコン銅合金、チタン、ニッケルおよびコバルトからなる群から選択される１種である組み合わせ、
   （ii）前記半導体材料が砒化ガリウムでありかつ前記金属電極材料が金ゲルマニウム合金、金亜鉛合金、金マンガン合金、ニッケル、チタン、白金、亜鉛、クロムおよびマグネシウムからなる群から選択される１種である組み合わせ、
   （iii）前記半導体材料が炭化珪素でありかつ前記金属電極材料がアルミニウム、金、ニッケル、白金、パラジウム、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、クロム、コバルトおよびハフニウムからなる群から選択される１種である組み合わせ、
   のうちのいずれか１つであることを特徴とするオーミック電極の製造方法。
   
2. 前記パルスレーザー光の照射強度が５×１０^８Ｗ/ｃｍ^２〜１０^１２Ｗ/ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１記載のオーミック電極の製造方法。
   
3. 内部が減圧状態となっている容器内、或いは内部が水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガスおよびアルゴンガスからなる群から選択される少なくとも一種のガスを含有するシールドガス雰囲気となっている容器内において前記基板上にオーミック電極を形成せしめることを特徴とする請求項１又は２記載のオーミック電極の製造方法。

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