JP4814532B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、半導体基板にショットキ接触するショットキ金属層を有するショットキダイオードやショットキＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）などの半導体装置およびその製造方法に関する。
従来から、半導体基板の表面にＮｉやＴｉからなるショットキ金属層を形成し、このショットキ金属層上にＡｌ等のボンディングメタル層を形成した構成のショットキダイオードが知られている。ボンディングメタル層の形成後には、シンター（たとえば、４００℃、１０分間の熱処理）が行われる。
特開２００２−２６１２９５号公報
ショットキ金属層は、一般に、アルゴンを用いたスパッタリングによって半導体基板上にショットキ金属を堆積させて形成される。
しかし、金属層をスパッタリングによって成膜すると、大抵の場合、その金属層は、繊維状粒または柱状粒のような柱状に成長した柱状金属結晶からなる多結晶構造を有することになる。そのため、シンター時に、ショットキ金属層上に形成されたボンディングメタル層の材料が、ショットキ金属層を構成する結晶粒界に沿って半導体基板表面にまで拡散して到達し、ショットキ界面（ショットキ金属層と半導体基板との界面）を劣化させるという問題があった。これにより、ショットキダイオード等のショットキデバイスの特性の劣化につながっていた。
しかし、金属層をスパッタリングによって成膜すると、大抵の場合、その金属層は、繊維状粒または柱状粒のような柱状に成長した柱状金属結晶からなる多結晶構造を有することになる。そのため、シンター時に、ショットキ金属層上に形成されたボンディングメタル層の材料が、ショットキ金属層を構成する結晶粒界に沿って半導体基板表面にまで拡散して到達し、ショットキ界面（ショットキ金属層と半導体基板との界面）を劣化させるという問題があった。これにより、ショットキダイオード等のショットキデバイスの特性の劣化につながっていた。
そこで、この発明の目的は、ボンディングメタル層の材料によるショットキ界面の劣化を抑制または防止して、デバイス特性を改善することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明の半導体装置は、ＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板（１０）と、この半導体基板にショットキ接触するとともに、金属窒化物層（３２ｂ）または金属酸化物層を含むショットキ金属層（１５）と、前記ショットキ金属層上に形成されたボンディングメタル層（１６）とを含む。前記ショットキ金属層は、金属結晶粒で構成された多結晶金属層（３２ａ）と、この多結晶金属層の表面および粒界に形成され、前記多結晶金属層の構成金属の窒化物からなる前記金属窒化物層（３２ｂ）とを含む金属窒化物含有多結晶金属層、または金属結晶粒で構成された多結晶金属層と、この多結晶金属層の表面および粒界に形成され、前記多結晶金属層の構成金属の酸化物からなる前記金属酸化物層とを含む金属酸化物含有多結晶金属層を含む。そして、前記多結晶金属層は、柱状成長した金属結晶粒で構成されている。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、ショットキ金属層は、ＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板との間にショットキ界面を形成する。そして、ショットキ金属層は、金属窒化物層または金属酸化物層を含むものであり、これらの金属窒化物層または金属酸化物層によって、ボンディングメタル層の材料の拡散が抑制または防止される。すなわち、ボンディングメタル層の材料がショットキ界面にまで拡散することを抑制または防止できる。よって、ショットキ界面の劣化を抑制または防止して、デバイス特性を改善することができる。
また、この発明では、多結晶金属層の表面に当該金属の窒化物または酸化物が形成されており、また、当該多結晶金属層を形成する金属結晶粒界が当該金属の窒化物または酸化物で埋められている。これにより、ボンディングメタル層がショットキ界面にまで拡散して到達することを抑制または防止できる。
ショットキ金属層は、前記金属窒化物含有多結晶金属層または金属酸化物含有多結晶金属層のみで構成されていてもよいし、これらに金属層（金属窒化物または金属酸化物を実質的に含まない層）が積層されてショットキ金属層が構成されていてもよい。むろん、ショットキ金属層は、金属窒化物含有多結晶金属層と金属酸化物含有多結晶金属層との両方を含んでいてもよいし、金属窒化物および金属酸化物の両方が表面および粒界に形成された多結晶金属層を含む構成とすることもできる。
この発明において、前記多結晶金属層は、柱状成長した金属結晶粒で構成されている。たとえば、スパッタリングによってＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板上に金属層を堆積させると、この金属層は、柱状の結晶粒で構成された多結晶金属層となる。このような場合に、その表面および粒界に当該金属の窒化物層または酸化物層を形成しておくことにより、ボンディングメタル層の材料がショットキ界面にまで拡散して到達することを効果的に抑制または防止できる。
前記多結晶金属層を構成する金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａからなる群から選択した１つ以上の金属（単体または合金）であってもよい。
また、この発明では、多結晶金属層の表面に当該金属の窒化物または酸化物が形成されており、また、当該多結晶金属層を形成する金属結晶粒界が当該金属の窒化物または酸化物で埋められている。これにより、ボンディングメタル層がショットキ界面にまで拡散して到達することを抑制または防止できる。
ショットキ金属層は、前記金属窒化物含有多結晶金属層または金属酸化物含有多結晶金属層のみで構成されていてもよいし、これらに金属層（金属窒化物または金属酸化物を実質的に含まない層）が積層されてショットキ金属層が構成されていてもよい。むろん、ショットキ金属層は、金属窒化物含有多結晶金属層と金属酸化物含有多結晶金属層との両方を含んでいてもよいし、金属窒化物および金属酸化物の両方が表面および粒界に形成された多結晶金属層を含む構成とすることもできる。
この発明において、前記多結晶金属層は、柱状成長した金属結晶粒で構成されている。たとえば、スパッタリングによってＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板上に金属層を堆積させると、この金属層は、柱状の結晶粒で構成された多結晶金属層となる。このような場合に、その表面および粒界に当該金属の窒化物層または酸化物層を形成しておくことにより、ボンディングメタル層の材料がショットキ界面にまで拡散して到達することを効果的に抑制または防止できる。
前記多結晶金属層を構成する金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａからなる群から選択した１つ以上の金属（単体または合金）であってもよい。
請求項２記載の発明は、前記金属窒化物層は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａからなる金属群から選択した１つ以上の金属Ｍ（合金を含む）の窒化物Ｍx1Ｎy1（ｘ１＞０，ｙ１＞０）を含む層であり、前記金属酸化物層は、前記金属群から選択した１つ以上の金属Ｍ（合金を含む）の酸化物Ｍx2Ｏy2（ｘ２＞０，ｙ２＞０）を含む層であることを特徴とする。
この構成により、ＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板との間に良好なショットキ界面を形成するとともに、良好な導電性を有するショットキ金属層とすることができる。
また、前記金属窒化物層または金属酸化物層は、シンター処理時の温度（たとえば４００℃）よりも高い（より好ましくは、ボンディングメタル層の構成金属がＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板に拡散し始める温度よりも高い）融点を有する高融点金属の窒化物または酸化物からなることが好ましい。ボンディングメタル層がＡｌで構成される場合に、前記金属群の構成金属は、このような条件を満たす高融点金属である。
また、前記金属窒化物層または金属酸化物層は、シンター処理時の温度（たとえば４００℃）よりも高い（より好ましくは、ボンディングメタル層の構成金属がＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板に拡散し始める温度よりも高い）融点を有する高融点金属の窒化物または酸化物からなることが好ましい。ボンディングメタル層がＡｌで構成される場合に、前記金属群の構成金属は、このような条件を満たす高融点金属である。
請求項３記載の発明の半導体装置の製造方法は、ＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板（１０）の表面にショットキ接触し、金属窒化物層（３２ｂ）または金属酸化物層を含むショットキ金属層（１５）を形成する工程と、前記ショットキ金属層上にボンディングメタル層（１６）を堆積させる工程とを含む。前記ショットキ金属層を形成する工程は、多結晶構造を有する多結晶金属層（３２ａ）を前記半導体基板上に堆積する工程と、前記多結晶金属層の表面および粒界に前記多結晶金属層の構成金属の窒化物または酸化物の層を形成することにより、前記多結晶金属層と、前記金属窒化物層（３２ｂ）または金属酸化物層とを含む金属窒化物含有多結晶金属層（３２）または金属酸化物含有多結晶金属層を形成する工程とを含む。また、前記多結晶金属層を堆積する工程、および前記金属窒化物含有多結晶金属層または金属酸化物含有多結晶金属層を形成する工程は、窒素または酸素を含む雰囲気中におけるスパッタリングによって、多結晶金属層を前記半導体基板上に堆積させると同時に当該多結晶金属層を構成する金属結晶粒の表面および粒界に当該金属の窒化物または酸化物の層を成長させる工程によって並行して行われる。
この方法により、ボンディングメタル層の材料の拡散が、ショットキ金属層に含まれる金属窒化物層または金属酸化物層によって抑制または防止されるので、ショットキ界面の劣化を抑制し、デバイス特性を改善できる。
この方法により、ボンディングメタル層の材料の拡散が、ショットキ金属層に含まれる金属窒化物層または金属酸化物層によって抑制または防止されるので、ショットキ界面の劣化を抑制し、デバイス特性を改善できる。
また、この方法では、ＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板上に多結晶構造の金属層が形成され、その表面が当該金属の窒化物層または酸化物層で覆われ、かつ、結晶粒界は当該金属の窒化物層または酸化物層で埋められる。これにより、多結晶金属層を形成する金属結晶粒界に沿ってボンディングメタル層の材料がショットキ界面にまで到達することを抑制または防止でき、デバイス特性を改善できる。
さらに、この方法では、窒素または酸素を含む雰囲気中でのスパッタリングによって多結晶金属層を形成することによって、多結晶金属層の堆積と並行して、金属結晶の表面および粒界に前記のような金属窒化物層または金属酸化物層を形成することができる。これにより、半導体基板上にショットキ金属層を形成する基本工程に若干の改良を施すことにより、金属窒化物層または金属酸化物層を含むショットキ金属層を形成することができ、コストの増加を最小限に抑制しつつ、デバイス特性を改善することができる。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置であるショットキダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。ショットキダイオード１は、たとえばＣｕ（銅）からなるフレーム２にカソード側がダイボンディングされるとともにアノード側が同じくＣｕなどからなるフレーム３にボンディングワイヤ（たとえばＡｌ（アルミニウム）からなるもの）４を介して接続され、これら全体の構成が、図示しない封止樹脂によって封止されて用いられる。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置であるショットキダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。ショットキダイオード１は、たとえばＣｕ（銅）からなるフレーム２にカソード側がダイボンディングされるとともにアノード側が同じくＣｕなどからなるフレーム３にボンディングワイヤ（たとえばＡｌ（アルミニウム）からなるもの）４を介して接続され、これら全体の構成が、図示しない封止樹脂によって封止されて用いられる。
ショットキダイオード１は、たとえばＮ+型のＳｉＣ（炭化シリコン）基板１１上にＮ-型ＳｉＣエピタキシャル層１２を成長させて構成したＳｉＣ半導体基板１０を備えている。このＳｉＣ半導体基板１０の表面（ＳｉＣエピタキシャル層１２の表面）に、ショットキ金属層１５が接触しており、このショットキ金属層１５上にボンディングメタル層１６が積層されている。このボンディングメタル層１６にボンディングワイヤ４が接合されている。
ショットキ金属層１５の接触領域外のＳｉＣエピタキシャル層１２の表面は、酸化膜（たとえばＳｉＯ2膜（酸化シリコン膜））１７によって被覆されている。ＳｉＣエピタキシャル層１２の表面において、ショットキ金属層１５の縁部に対応する領域には、Ｐ型不純物を導入して形成したガードリング１８が形成されている。このガードリング１８によって取り囲まれた領域において、ＳｉＣエピタキシャル層１２とショットキ金属層１５との接触界面は、ショットキ界面１４を形成している。ガードリング１８は、ショットキダイオード１に逆バイアスが印加されたときの空乏層の延びを制御し、耐圧の向上に寄与する。
一方、ＳｉＣ半導体基板１０の裏面（ＳｉＣ基板１１の裏面）には、ＳｉＣ基板１１にオーミック接触するオーミック金属層１９が被着形成されている。さらに、このオーミック金属層１９の表面には、裏メタル層２０が被着形成されている。
オーミック金属層１９は、たとえばＮｉ（ニッケル）層で構成され、熱処理によってその界面がＳｉＣ基板１１の材料とともに合金化されている。この場合に、裏メタル層２０は、たとえばオーミック金属層１９側から順に、Ｔｉ（チタン）層２１、Ｎｉ層２２およびＡｇ（銀）層２３を積層した積層金属膜からなっていてもよい。Ａｇ層２３は、ショットキダイオード１をフレーム２上に半田５を用いてダイボンディングするときの密着性を改善するための金属層である。Ｎｉ層２２は、Ａｇ層２３と半田５とが共晶するときのバリア層として機能する。Ｔｉ層２１は、接着層であって、合金化されたオーミック金属層１９とＮｉ層２２との接着を担っている。
オーミック金属層１９は、たとえばＮｉ（ニッケル）層で構成され、熱処理によってその界面がＳｉＣ基板１１の材料とともに合金化されている。この場合に、裏メタル層２０は、たとえばオーミック金属層１９側から順に、Ｔｉ（チタン）層２１、Ｎｉ層２２およびＡｇ（銀）層２３を積層した積層金属膜からなっていてもよい。Ａｇ層２３は、ショットキダイオード１をフレーム２上に半田５を用いてダイボンディングするときの密着性を改善するための金属層である。Ｎｉ層２２は、Ａｇ層２３と半田５とが共晶するときのバリア層として機能する。Ｔｉ層２１は、接着層であって、合金化されたオーミック金属層１９とＮｉ層２２との接着を担っている。
ショットキ金属層１５は、この実施形態では、たとえば、Ｍｏ（モリブデン）金属とＭｏ金属の窒化物（ＭｏxＮyｘ＞０，ｙ＞０）とを含み、ＳｉＣエピタキシャル層１２にショットキ接触して、ショットキ界面１４を形成するとともに、良好な導電性を有する。ボンディングメタル層１６は、ボンディングワイヤ４とショットキ金属層１５との接合を担う層であり、たとえばＡｌによって構成されている。
図２は、ショットキ金属層１５の詳しい構成を説明するための図解図である。ショットキ金属層１５は、この実施形態では、たとえばＭｏ金属からなる金属層３１（たとえば、層厚３０００Å）と、この金属層３１に積層した金属窒化物含有多結晶金属層３２（たとえば、層厚３０００Å）との積層構造膜で構成されている。金属窒化物含有多結晶金属層３２は、金属層３１の構成金属の窒化物層３２ｂを含むものである。この実施形態では、金属層３１が、ＳｉＣエピタキシャル層１２に接していて、この金属層３１に対してＳｉＣエピタキシャル層１２とは反対側に金属窒化物含有多結晶金属層３２が配置されている。ただし、金属層３１および金属窒化物含有多結晶金属層３２の積層順序は逆であってもよく、金属窒化物含有多結晶金属層３２をＳｉＣエピタキシャル層１２に接するように配置し、金属層３１をボンディングメタル層１６側に配置して、これらを積層してもよい。
金属層３１は、たとえば、スパッタリングによってＳｉＣ半導体基板１０上に堆積させられて形成される。このとき、金属層３１の構成金属は、ＳｉＣ半導体基板１０の表面に対してほぼ直交する方向またはほぼ平行な方向に沿う柱状の結晶粒として成長する。そのため、金属層３１は、いわば多結晶構造を有することになる。
金属窒化物含有多結晶金属層３２は、たとえば、金属層３１の形成に引き続き、この金属層３１の構成金属と同じ金属（たとえばＭｏ金属）のスパッタリングを窒素を含む雰囲気中で実行することによって形成される。このとき、やはり柱状の金属結晶粒が成長するが、この金属結晶粒の表面に当該金属の窒化物層３２ｂが形成されていく。その結果、金属窒化物含有多結晶金属層３２は、多結晶金属層３２ａと、この多結晶金属層３２ａの表面を覆うとともにその粒界を埋め込む金属窒化物層３２ｂとを含む緻密な膜を形成することになる。
金属窒化物含有多結晶金属層３２は、たとえば、金属層３１の形成に引き続き、この金属層３１の構成金属と同じ金属（たとえばＭｏ金属）のスパッタリングを窒素を含む雰囲気中で実行することによって形成される。このとき、やはり柱状の金属結晶粒が成長するが、この金属結晶粒の表面に当該金属の窒化物層３２ｂが形成されていく。その結果、金属窒化物含有多結晶金属層３２は、多結晶金属層３２ａと、この多結晶金属層３２ａの表面を覆うとともにその粒界を埋め込む金属窒化物層３２ｂとを含む緻密な膜を形成することになる。
ショットキ金属層１５上にボンディングメタル層１６（たとえば、層厚４μｍ）が積層され、その後にシンター（熱処理）が行われるとき、緻密な膜として形成された金属窒化物含有多結晶金属層３２は、ボンディングメタル層１６の構成材料（たとえばＡｌ）が、ＳｉＣ半導体基板１０の表面のショットキ界面１４へと拡散して到達することを防ぐバリア層として機能することになる。こうして、ショットキ界面１４の劣化が防がれるので、ショットキダイオード１は、ほぼ設計通りの良好な特性を有することができる。
図３(a)〜(h)は、ショットキダイオード１の製造工程を順に示す図解図である。ＳｉＣ半導体基板１０の表面を熱酸化して犠牲酸化膜（図示せず）を形成し、さらに、ガードリング１８の形状に対応した開口を有するレジスト４０が形成される。そして、このレジスト４０をマスクとして、ガードリング１８の領域にＰ型の不純物イオン（ホウ素イオン）が注入される（図３(a)）。
次に、犠牲酸化膜を除去し、その後、たとえばプラズマＣＶＤ（化学的気相成長法）によって、表面保護膜としての酸化膜１７が形成される（図３(b)）。
次いで、たとえばスパッタリングによってＮｉからなるオーミック金属層１９がＳｉＣ半導体基板１０の裏面に堆積させられ、次いで、熱処理（たとえば１０００℃、２分）を施すことにより、オーミック金属層１９が合金化されて、ニッケルシリサイドとなる（図３(c)）。
次いで、たとえばスパッタリングによってＮｉからなるオーミック金属層１９がＳｉＣ半導体基板１０の裏面に堆積させられ、次いで、熱処理（たとえば１０００℃、２分）を施すことにより、オーミック金属層１９が合金化されて、ニッケルシリサイドとなる（図３(c)）。
この状態から、酸化膜１７にコンタクトホール１７ａが形成される。このコンタクトホール１７ａは、ガードリング１８によって囲まれた領域においてＳｉＣエピタキシャル層１２の表面を露出させる（図３(d)）。
次に、たとえばＭｏ金属をターゲットとして用いたスパッタリングによって、ショットキ金属層１５が、コンタクトホール１７ａを含む領域に堆積させられる（図３(e)）。このショットキ金属層１５の形成工程では、ＳｉＣ半導体基板１０を配置した処理チャンバ内の雰囲気は、当初はＡｒ（アルゴン）ガス１００％の雰囲気とされるが、所定時間経過後に当該処理チャンバにＮ2（窒素）ガスが導入されてＡｒガスおよびＮ2ガスの混合ガス雰囲気（たとえば、Ａｒガス５０％、Ｎ2ガス５０％）とされる。これによって、図２に示すような金属層３１および金属窒化物含有多結晶金属層３２の積層構造を有するショットキ金属層１５が形成されることになる。
次に、たとえばＭｏ金属をターゲットとして用いたスパッタリングによって、ショットキ金属層１５が、コンタクトホール１７ａを含む領域に堆積させられる（図３(e)）。このショットキ金属層１５の形成工程では、ＳｉＣ半導体基板１０を配置した処理チャンバ内の雰囲気は、当初はＡｒ（アルゴン）ガス１００％の雰囲気とされるが、所定時間経過後に当該処理チャンバにＮ2（窒素）ガスが導入されてＡｒガスおよびＮ2ガスの混合ガス雰囲気（たとえば、Ａｒガス５０％、Ｎ2ガス５０％）とされる。これによって、図２に示すような金属層３１および金属窒化物含有多結晶金属層３２の積層構造を有するショットキ金属層１５が形成されることになる。
その後は、窒素ガスの導入を停止し、処理チャンバ内をＡｒガス雰囲気（Ａｒガス１００％）としたうえで、スパッタリングのターゲットをＭｏ金属からＡｌ金属に変更することにより、ショットキ金属層１５に積層されるボンディングメタル層１６が形成されることになる（図３(f)）。すなわち、連続スパッタリングにより、ショットキ金属層１５およびボンディングメタル層１６が同一処理チャンバ内で形成される。
その後は、ＳｉＣ半導体基板１０を処理チャンバから取り出し、モリブデンエッチング液（硝酸および燐酸の混合液）によって、ショットキ金属層１５およびボンディングメタル層１６が一括してパターニングされる。この状態が、図３(g)に示されている。
その後は、ＳｉＣ半導体基板１０を処理チャンバ内に配置し、ターゲットをＴｉ、ＮｉおよびＡｇに順に切り換えながら連続スパッタリングを行うことで、ＳｉＣ半導体基板１０の裏面側のオーミック金属層１９上にＴｉ層２１、Ｎｉ層２２およびＡｇ層２３の積層構造膜からなる裏メタル層２０が形成される。この状態が、図３(h)に示されている。
その後は、ＳｉＣ半導体基板１０を処理チャンバ内に配置し、ターゲットをＴｉ、ＮｉおよびＡｇに順に切り換えながら連続スパッタリングを行うことで、ＳｉＣ半導体基板１０の裏面側のオーミック金属層１９上にＴｉ層２１、Ｎｉ層２２およびＡｇ層２３の積層構造膜からなる裏メタル層２０が形成される。この状態が、図３(h)に示されている。
その後は、でき上がったショットキダイオード１に対してシンター処理（たとえば４００℃、１０秒の熱処理）が施される。これにより、裏メタル層２０を構成する各層間の密着性が向上され、さらに、多結晶構造の金属層３１の金属結晶粒同士の密着性が向上される。それとともに、半田５によりフレーム２上にダイボンディングする際にショットキダイオード１が受ける熱による不具合を未然に防止することができる。
このシンター処理時において、ショットキ金属層１５を構成している金属窒化物含有多結晶金属層３２は、Ａｌからなるボンディングメタル層１６の拡散を防ぎ、その構成金属がショットキ界面１４に到達することを防ぐ。
以上のように、この実施形態によれば、ショットキ金属層１５には金属窒化物含有多結晶金属層３２が備えられており、この金属窒化物含有多結晶金属層３２の働きによって、ボンディングメタル層１６の構成金属がショットキ界面１４に到達することを抑制または防止することができる。その結果、ショットキ界面の劣化を効果的に抑制または防止でき、ショットキダイオード１のデバイス特性を従来のデバイス特性に比較して著しく改善することができる。
以上のように、この実施形態によれば、ショットキ金属層１５には金属窒化物含有多結晶金属層３２が備えられており、この金属窒化物含有多結晶金属層３２の働きによって、ボンディングメタル層１６の構成金属がショットキ界面１４に到達することを抑制または防止することができる。その結果、ショットキ界面の劣化を効果的に抑制または防止でき、ショットキダイオード１のデバイス特性を従来のデバイス特性に比較して著しく改善することができる。
図４(a)および(b)は、ショットキダイオードに逆方向電圧を印加した場合における逆方向漏れ電流の特性を示す図であり、素子温度を２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃および１５０℃としたときのそれぞれの測定結果が示されている。図４(a)は、ショットキ金属層を金属層（Ｍｏ層）のみで構成した従来技術に係るショットキダイオードの特性を示し、図４(b)は、ショットキ金属層１５を金属層３１（Ｍｏ層）および金属窒化物含有多結晶金属層３２（ＭｏxＮy層）で構成した上記の実施形態のショットキダイオード１の特性を示している。
図４(a)および(b)の比較により、この実施形態に係るショットキダイオード１により、逆方向漏れ電流が著しく低減され、逆方向耐圧の向上が達成されていることが理解される。それとともに、この実施形態の構成を採用することによって、逆方向漏れ電流の温度依存性がほぼ解消されており、高温環境下でも使用に堪える良好な特性を実現できることが理解される。
図５は、この発明の他の実施形態を説明するための図であり、ショットキ金属層１５の別の構成例が図解的に示されている。この実施形態におけるショットキ金属層１５は、金属窒化物含有多結晶金属層のみからなる。より具体的には、ショットキ金属層１５は、ＡｒガスおよびＮ ２ ガスの混合ガス雰囲気中（たとえば、Ａｒガス５０％、Ｎ２ガス５０％の雰囲気中）でＭｏ金属のターゲットをスパッタリングすることにより堆積されるもので、柱状の金属結晶粒で構成された多結晶金属層３２ａと、この多結晶金属層３２ａの表面および粒界に当該金属の金属窒化物層３２ｂが形成された状態となっている。この場合のショットキ金属層１５の層厚は、たとえば、３０００Å程度である。
このようなショットキ金属層１５の形成後には、処理チャンバ内の雰囲気をＡｒガス１００％として、ターゲットをＭｏ金属からＡｌ金属に変更して行う連続スパッタリングによって、ショットキ金属層１５上にボンディングメタル層１６が積層形成されることになる。
金属窒化物層３２ｂによって金属結晶粒の表面および粒界が埋められた構成のショットキ金属層１５は、ボンディングメタル層１６の構成材料が拡散してショットキ界面１４に至ることを防止し、このショットキ界面１４の劣化を抑制または防止することにより、デバイス特性の改善に寄与する。
金属窒化物層３２ｂによって金属結晶粒の表面および粒界が埋められた構成のショットキ金属層１５は、ボンディングメタル層１６の構成材料が拡散してショットキ界面１４に至ることを防止し、このショットキ界面１４の劣化を抑制または防止することにより、デバイス特性の改善に寄与する。
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、ショットキ金属層１５を、金属窒化物含有多結晶金属層によって金属層（窒化物を実質的に含まない層）をサンドイッチした３層構造としてもよく、また、逆に、金属窒化物含有多結晶金属層を金属層（同じく、窒化物を実質的に含まない層）によってサンドイッチした３層構造としてもよい。
また、上記の実施形態では、Ｍｏ金属を用いてショットキ金属層１５を形成する例について説明したが、ショットキ金属層１５に適用可能な金属としては、Ｍｏ、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）およびＴａ（タンタル）から選択した１種、またはこれらの２種以上を含む合金を例示することができる。いずれの金属の場合も、スパッタリングによってＳｉＣ半導体基板上に堆積させると、ＳｉＣ半導体基板上に多結晶構造の金属層が成長することになる。そして、ショットキ金属層１５を、それらの金属の窒化物層を含む構成とすることにより、ボンディングメタル層１６の構成材料によるショットキ界面１４の劣化を抑制または防止できる。
また、上記の実施形態では、スパッタリングによって金属層を形成する際の雰囲気にＮ2ガスを導入するようにしているが、他にもＮＨ3ガス（アンモニアガス）を導入することによっても、同様な金属窒化物含有多結晶金属層を形成することができる。また、たとえば、金属層をスパッタリングによって形成した後に、この金属層が形成されたＳｉＣ半導体基板１０をアンモニア雰囲気中に置くとともに、併せて熱処理（たとえば６００〜８００℃）を行うことによって、多結晶構造の金属層の表面および粒界に当該金属の窒化物層を形成することにより、金属窒化物含有多結晶金属層を形成してもよい。
また、上記の実施形態では、ショットキ金属層が金属窒化物層を含む構成としているが、金属窒化物層の代わりに、または金属窒化物層と共に金属酸化物層を含むショットキ金属層をＳｉＣ半導体基板１０上に形成するようにしてもよい。具体的には、スパッタリングによってショットキ金属層を形成するときに、処理チャンバ内にＮ2ガスの代わりにＯ2（酸素）ガスを導入したり、Ｎ2ガスとともにＯ2ガスを導入したりすればよい。この場合でも、多結晶金属層の表面および粒界に多結晶金属層の構成金属の窒化物層および／または酸化物層を形成することができ、ボンディングメタル層１６の構成材料がショットキ界面１４上に到達することを抑制または防止することができる。
さらにまた、上記の実施形態ではショットキダイオードを例にとったが、他にも、ショットキＦＥＴなどのように、ショットキ金属層を有する装置にこの発明を同様に適用することができる。また、半導体基板は、ＳｉＣに限らず、Ｓｉ（シリコン）からなっていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
１ ショットキダイオード
２ フレーム
３ フレーム
４ ボンディングワイヤ
５ 半田
１０ ＳｉＣ半導体基板
１１ ＳｉＣ基板
１２ ＳｉＣエピタキシャル層
１４ ショットキ界面
１５ ショットキ金属層
１６ ボンディングメタル層
１７ 酸化膜
１７ａ コンタクトホール
１８ ガードリング
１９ オーミック金属層
２０ 裏メタル層
２１ Ｔｉ層
２２ Ｎｉ層
２３ Ａｇ層
３１ 金属層
３２ 金属窒化物含有多結晶金属層
３２ａ 多結晶金属層
３２ｂ 金属窒化物層
４０ レジスト
２ フレーム
３ フレーム
４ ボンディングワイヤ
５ 半田
１０ ＳｉＣ半導体基板
１１ ＳｉＣ基板
１２ ＳｉＣエピタキシャル層
１４ ショットキ界面
１５ ショットキ金属層
１６ ボンディングメタル層
１７ 酸化膜
１７ａ コンタクトホール
１８ ガードリング
１９ オーミック金属層
２０ 裏メタル層
２１ Ｔｉ層
２２ Ｎｉ層
２３ Ａｇ層
３１ 金属層
３２ 金属窒化物含有多結晶金属層
３２ａ 多結晶金属層
３２ｂ 金属窒化物層
４０ レジスト
Claims (3)
- ＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板と、
この半導体基板にショットキ接触するとともに、金属窒化物層または金属酸化物層を含むショットキ金属層と、
前記ショットキ金属層上に形成されたボンディングメタル層とを含み、
前記ショットキ金属層は、
金属結晶粒で構成された多結晶金属層と、この多結晶金属層の表面および粒界に形成され、前記多結晶金属層の構成金属の窒化物からなる前記金属窒化物層とを含む金属窒化物含有多結晶金属層、または
金属結晶粒で構成された多結晶金属層と、この多結晶金属層の表面および粒界に形成され、前記多結晶金属層の構成金属の酸化物からなる前記金属酸化物層とを含む金属酸化物含有多結晶金属層
を含み、
前記多結晶金属層は、柱状成長した金属結晶粒で構成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記金属窒化物層は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＮｂおよびＴａからなる金属群から選択した１つ以上の金属の窒化物を含む層であり、前記金属酸化物層は、前記金属群から選択した１つ以上の金属の酸化物を含む層であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
- ＳｉＣまたはＳｉからなる半導体基板の表面にショットキ接触し、金属窒化物層または金属酸化物層を含むショットキ金属層を形成する工程と、
前記ショットキ金属層上にボンディングメタル層を堆積させる工程とを含み、
前記ショットキ金属層を形成する工程は、
多結晶構造を有する多結晶金属層を前記半導体基板上に堆積する工程と、
前記多結晶金属層の表面および粒界に前記多結晶金属層の構成金属の窒化物または酸化物の層を形成することにより、前記多結晶金属層と、前記金属窒化物層または金属酸化物層とを含む金属窒化物含有多結晶金属層または金属酸化物含有多結晶金属層を形成する工程とを含み、
前記多結晶金属層を堆積する工程、および前記金属窒化物含有多結晶金属層または金属酸化物含有多結晶金属層を形成する工程は、
窒素または酸素を含む雰囲気中におけるスパッタリングによって、多結晶金属層を前記半導体基板上に堆積させると同時に当該多結晶金属層を構成する金属結晶粒の表面および粒界に当該金属の窒化物または酸化物の層を成長させる工程によって並行して行われる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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