JP5286677B2 - Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上のオーミック電極の形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上にオーミック電極を形成する方法に関する。
ＳｉＣ（炭化珪素）はバンドギャップが大きく、高温、高周波、高出力の半導体材料として有望視されている。ＳｉＣには多くの結晶多型があるが、そのうち結晶多型４ＨのＳｉＣはバンドギャップが最も大きく上記特性が優れた半導体材料として注目されている。
ＳｉＣ半導体デバイスの実用化のためには、ホール特性によるキャリア移動度の測定などの特性評価が必要であり、正しく測定するには良好なオーミック電極が形成できることが必須である。しかし、４Ｈ多型は上記のようにバンドギャップが大きいため、他の結晶多型に比べてオーミック特性を得ることが困難である。更に、Ｐ型のＳｉＣの場合はこれまでオーミック電極を安定して形成する技術が確立されていなかった。
従来から、Ｔｉ／ＡｌあるいはＡｌ／Ｔｉ／Ａｌ積層構造を用いたオーミック電極の開発が行なわれている。
例えば、非特許文献１には、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ上にＡｌ／Ｔｉ／Ａｌ三層構造で接触抵抗の小さい電極を形成することが開示されている。しかし、オーミック特性を実現するにはＳｉＣの電極領域近傍に重ドープ処理が必要になり、それに伴って種々の問題が生ずる。まず、重ドープ処理した状態ではＳｉＣ本来の特性を確認することができず、デバイス設計のための基礎情報が得られない。また、例えば重ドープ処理法にイオン注入法を採用した場合には、ＳｉＣ結晶に生じた損傷を回復させるために、少なくとも１８００℃での熱処理が必要になるが、これはＣＶＤ等によるＳｉＣ薄膜の形成温度が１６００〜１７００℃程度であるのに比べて高温であり、薄膜品質を劣化させ薄膜デバイスの特性に悪影響を及ぼす虞がある。更に、イオン注入工程、回復工程を含む処理工程が余分に必要になりデバイス製造プロセスが煩雑化、高コスト化する。
これに類似した構造でＳｉＣ上に形成した電極として、特許文献１にはＳｉＣウェハ上にＮｉ／Ｔｉ／Ａｌ層から成るオーミック電極が開示されているが、キャリア濃度を高くすることでオーミック特性を確保しているため、単結晶ウェハやエピタキシャル層といった低キャリア濃度での特性評価には適用できない。
更に、特許文献２にはＳｉＣウェハ上にＮｂドープＳｒＴｉＯ３等の導電性酸化物を介したＴｉ、Ａｌ等の金属電極が開示されているが、結晶多型が示されておらず、４Ｈ形への適用可能性は不明である。
また、特許文献３にはＰ型ＳｉＣよりも酸素と強い反応を示す金属膜を形成し、その上にＡｌ／Ｓｉオーミック電極を積層した後、Ａｌ、Ｓｉを熱処理により拡散させることが、開示されている。しかし、キャリア濃度を高くして接触抵抗を低下させてあるため、デバイス用電極には適しているが、ＳｉＣ本来の半導体特性を評価するためのホール測定に用いることはできない。
本発明は、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ上のオーミック電極の形成方法およびそれにより形成されたオーミック電極を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上に、厚さ１〜６０ｎｍの第１Ａｌ層と、Ｔｉ層と、第２Ａｌ層とを順次堆積する堆積工程、および非酸化性雰囲気中での熱処理により、上記第１Ａｌ層を媒介として上記ＳｉＣ基板と上記Ｔｉ層との合金層を形成する合金化工程を含むことを特徴とするＰ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上のオーミック電極の形成方法が提供される。
本発明によれば、更に、上記の方法により形成されたＰ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上のオーミック電極も提供される。
本発明によれば、ＳｉＣ表面に、厚さ１〜６０ｎｍの第１Ａｌ層を介在させてＴｉ層を形成した後、非酸化性雰囲気中での熱処理により、上記第１Ａｌ層を媒介として上記ＳｉＣ基板と上記Ｔｉ層との合金層を形成することにより、オーミック特性を有する電極を形成することができる。
本発明のオーミック電極は、ＳｉＣ基板と第１Ａｌ層とＴｉ層との合金化により生じたＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ４元系合金層を界面層として、ＳｉＣ基板上にＴｉ／Ａｌ二層構造の電極が形成された構造である。上記の合金化反応およびそれにより生成する４元系合金界面層を構成する種々の相の詳細は現状では十分に解明されていないが、オーミック特性に実質的な影響を及ぼす反応のメカニズムおよび生成相は以下のように推察される。
ＳｉＣ基板上にＴｉ／Ａｌ積層構造を用いてオーミック電極を実現するには、ＳｉＣ基板／Ｔｉ界面にＴｉ３ＳｉＣ２が生成し、ショットキーバリヤ（Schottky barrier）を低下させるＴｉ３ＳｉＣ２／ＳｉＣ界面構造が形成される必要があると考えられる。
ＳｉＣ基板上に第１Ａｌ層を介してＴｉ層を形成したことでＴｉ３ＳｉＣ２の生成が促進される。すなわち、第１Ａｌ層が介在せずにＳｉＣとＴｉが直接反応すると、界面にはＴｉ３ＳｉＣ２ではなくＴｉ５Ｓｉ３ＣＸやＴｉＣが優先的に生成する反応が進行する。Ｔｉ５Ｓｉ３ＣＸやＴｉＣは時間経過と共に更に反応することで最終的にＴｉ３ＳｉＣ２が生成する。しかし、一旦界面にＴｉ５Ｓｉ３ＣＸやＴｉＣが形成されると、各構成成分Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃの化学ポテンシャルが低下するため、Ｔｉ３ＳｉＣ２生成の駆動力（Gibbs自由エネルギー変化量）も低下し、Ｔｉ３ＳｉＣ２の生成が阻害され非常に長時間（数時間〜数十時間）を要する。結局、導電性の低いＴｉ５Ｓｉ３ＣＸやＴｉＣなどの化合物が界面に介在した構造となり、オーミック特性が得難くなる。
ＳｉＣ基板とＴｉ層との間に第１Ａｌ層を介在させたことで、合金化熱処理中にＡｌ３Ｔｉが生成し、これを介して間接的にＳｉＣとＴｉが反応するため、両者の直接反応によるＴｉ５Ｓｉ３ＣＸやＴｉＣなどの生成が抑制され、これらの相を経ずにＴｉ３ＳｉＣ２が生成する反応経路が選択されるように界面反応を誘導できる。
ＳｉＣ基板とＴｉ層との間に介在する第１Ａｌ層は更に、ＳｉＣ基板表面を覆って生成している自然酸化膜ＳｉＯ２を還元分解する作用もある。以下、詳細を記載する。
熱処理前の電極（ＳｉＣ／ＳｉＯ２／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｌ）を熱処理すると、Ａｌが溶融し以下の２界面反応（１）（２）が進行する。
（１） ＳｉＯ２＋Ａｌ（ｌｉｑ．）＝Ａｌ（Ｓｉ，Ｏ）（ｌｉｑ．）
（２） Ｔｉ＋３Ａｌ（ｌｉｑ．）＝Ａｌ３Ｔｉ
熱処理前の電極（ＳｉＣ／ＳｉＯ２／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｌ）を熱処理すると、Ａｌが溶融し以下の２界面反応（１）（２）が進行する。
（１） ＳｉＯ２＋Ａｌ（ｌｉｑ．）＝Ａｌ（Ｓｉ，Ｏ）（ｌｉｑ．）
（２） Ｔｉ＋３Ａｌ（ｌｉｑ．）＝Ａｌ３Ｔｉ
反応（１）はＳｉＯ２／Ａｌ界面でのＳｉＣの表面酸化膜であるＳｉＯ２の還元と、還元されたＳｉと酸素のＡｌ融液中への溶解である。これにより、ＳｉＣの清浄（活性）面がコンタクト材に対して露出することになる。
反応（２）はＴｉ層の両面にあるＴｉ／Ａｌ（ｌｉｑ．）界面でのＡｌ３Ｔｉ形成反応である。Ａｌ３Ｔｉは、電極領域内の温度ムラ等の原因による異常なＡｌ融液の対流が生じない限りＴｉ／Ａｌ界面において層状に形成・成長する。
一方、第２Ａｌ層は反応（２）によって完全には消費されず、Ａｌ３Ｔｉ上にＡｌ融液が残る。これは、Ａｌ３Ｔｉ以外のＡｌ−Ｔｉ系金属間化合物を形成しないために必要な条件の一つである。
こうして、電極はＳｉＣ／Ａｌ３Ｔｉ／Ａｌ（ｌｉｑ．）となる。
こうして、電極はＳｉＣ／Ａｌ３Ｔｉ／Ａｌ（ｌｉｑ．）となる。
引き続く熱処理によって、以下の界面反応（３）が進行する。
（３） ２ＳｉＣ＋３Ａｌ３Ｔｉ＝Ｔｉ３ＳｉＣ２＋Ｓｉ＋９Ａｌ
反応（３）により、ＳｉＣに接してＴｉ３ＳｉＣ２が形成される。Ｔｉ３ＳｉＣ２の成長面はＴｉ３ＳｉＣ２／Ａｌ３Ｔｉ界面側であり、従ってＴｉ３ＳｉＣ２中をＳｉ、Ｃが拡散してＴｉ３ＳｉＣ２の成長面に供給されるとともに、反応（３）により生じるＡｌとＳｉはＡｌ３Ｔｉ中を拡散してＡｌ融液に排出される。Ａｌ３Ｔｉはかなりの量のＳｉを固溶することができるので、ＡｌとＳｉがＡｌ３Ｔｉ中を通ってＡｌ融液に達する拡散経路は安定的に確立することができる。
（３） ２ＳｉＣ＋３Ａｌ３Ｔｉ＝Ｔｉ３ＳｉＣ２＋Ｓｉ＋９Ａｌ
反応（３）により、ＳｉＣに接してＴｉ３ＳｉＣ２が形成される。Ｔｉ３ＳｉＣ２の成長面はＴｉ３ＳｉＣ２／Ａｌ３Ｔｉ界面側であり、従ってＴｉ３ＳｉＣ２中をＳｉ、Ｃが拡散してＴｉ３ＳｉＣ２の成長面に供給されるとともに、反応（３）により生じるＡｌとＳｉはＡｌ３Ｔｉ中を拡散してＡｌ融液に排出される。Ａｌ３Ｔｉはかなりの量のＳｉを固溶することができるので、ＡｌとＳｉがＡｌ３Ｔｉ中を通ってＡｌ融液に達する拡散経路は安定的に確立することができる。
以上の界面反応により、界面には
ＳｉＣ／Ｔｉ３ＳｉＣ２／（Ａｌ，Ｓｉ）３Ｔｉ／Ａｌ（Ｓｉ）（ｌｉｑ．）
の積層構造を有する電極が形成される。
以上より、本発明によって作製された電極は、オーミック特性が得られるものと推定される。
ＳｉＣ／Ｔｉ３ＳｉＣ２／（Ａｌ，Ｓｉ）３Ｔｉ／Ａｌ（Ｓｉ）（ｌｉｑ．）
の積層構造を有する電極が形成される。
以上より、本発明によって作製された電極は、オーミック特性が得られるものと推定される。
本発明に用いるＰ型４Ｈ−ＳｉＣ基板は、ＳｉＣウェハまたはその上にエピタキシャル成長したＳｉＣ薄膜である。キャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３以下でよく、１×１０１８ｃｍ−３以下でもよい。
本発明においては、ＳｉＣ基板とＴｉ層との間に介在する第１Ａｌ層の厚さは、１〜６０ｎｍの範囲に限定する。
厚さが１ｎｍ未満であると、Ａｌ層が連続層ではなく離散的な島状に形成されるため、ＳｉＣ基板表面を連続的に覆うことができず、上記したＳｉＣ基板とＴｉ層との直接反応を防止する作用が得られない。特に合金化熱処理温度においてＡｌが液相となる場合には、Ａｌ液相とＳｉＣとの濡れ性が低いため島状化の傾向が強い。
一方、厚さが６０ｎｍを超えると、ＳｉＯ２を還元分解する作用は得られるものの、第１Ａｌ層がＳｉＣ基板とＴｉ層との反応の媒介としてよりも障害として作用してしまう。この場合も、特に合金化熱処理温度においてＡｌが液相となる場合には、Ａｌ液相とＳｉＣとの濡れ性が低いため、固相膜としては連続膜であっても液相膜としては連続膜とならずに液滴となって島状に離散してしまい、ＳｉＣとの接触面積が低下して還元分解作用も反応媒介作用も不十分になる。
第１Ａｌ層とＴｉ層との層厚比（第１Ａｌ厚／Ｔｉ厚）は１．４２以下とすることが望ましい。ＳｉＣが第１Ａｌ層／Ｔｉ層と反応して低抵抗のＴｉ３ＳｉＣ２層が形成されるためには、その組成に至る過程でＡｌ３Ｔｉの形成が必要であるが、上記の層厚比より第１Ａｌ層が厚い場合は、未反応のＡｌが界面に残存し、均一なＴｉ３ＳｉＣ２層の生成を阻害する。
合金化熱処理温度は、９００℃〜１２００℃とすることが望ましい。この温度域では第1Ａｌ層が液相となり、ＳｉＣとＴｉとの反応の媒介作用およびＳｉＯ２の還元分解作用を発揮し易い。
〔実施例１〕
Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ（比抵抗：２００〜５００Ωｃｍ、直径：５０ｍｍ）をアセトンにより洗浄して表面を清浄化した。
Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ（比抵抗：２００〜５００Ωｃｍ、直径：５０ｍｍ）をアセトンにより洗浄して表面を清浄化した。
このウェハに４箇所の成膜部位が開口した金属マスクを取り付けて、真空蒸着機に装入し、真空度１０−３Ｐａ以下に排気した状態で、下記(1)〜(3)の順に連続的に蒸着してＡｌ／Ｔｉ／Ａｌ三層積層構造の電極前駆体を形成した。
(1) 第１Ａｌ層：厚さ１０ｎｍ（原料純度：９９．９９％以上）
(2) Ｔｉ層 ：厚さ８０ｎｍ（原料純度：９９．９％以上）
(3) 第２Ａｌ層：厚さ３８０ｎｍ（原料純度：９９．９９％以上）
真空蒸着機としては電子ビーム蒸着機を用いた。しかし、これに限定する必要はなく、スパッタ蒸着機、抵抗加熱蒸着機など、清浄な雰囲気（真空中、不活性ガス中）にて成膜可能なものであれば用いることができる。また、(1)〜(3)の各層は本実施例のように連続して蒸着することが望ましい。途中で大気開放すると、酸素、窒素、ＣＨなどの混入により良好なオーミック特性の電極を得ることが妨げられる虞がある。
(2) Ｔｉ層 ：厚さ８０ｎｍ（原料純度：９９．９％以上）
(3) 第２Ａｌ層：厚さ３８０ｎｍ（原料純度：９９．９９％以上）
真空蒸着機としては電子ビーム蒸着機を用いた。しかし、これに限定する必要はなく、スパッタ蒸着機、抵抗加熱蒸着機など、清浄な雰囲気（真空中、不活性ガス中）にて成膜可能なものであれば用いることができる。また、(1)〜(3)の各層は本実施例のように連続して蒸着することが望ましい。途中で大気開放すると、酸素、窒素、ＣＨなどの混入により良好なオーミック特性の電極を得ることが妨げられる虞がある。
上記三層積層構造の電極前駆体を形成したウェハを電気炉に装入し、１．３ｋＰａのＡｒ雰囲気中にて、１０００℃に昇温し、５分間保持することにより、合金化熱処理を行った。これにより、ＳｉＣ基板上の４箇所に、合金層を界面層としてＴｉ層／Ａｌ層から成る電極が完成した。なお、合金化熱処理雰囲気は、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガス、Ｈ２等の還元性ガス、真空等の非酸化性雰囲気であればよい。
得られた４箇所を用い、各２端子間の電流電圧測定を行なった。比較のため、上記(1)の第1Ａｌ層を形成しない以外は同一の処理を行った従来例についても同様に電流電圧測定を行なった。測定結果を図１に示す。
図１の（１）は本発明法によりＰ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上に第1Ａｌ層／Ｔｉ層／第２Ａｌ層を形成して合金化したサンプル、(2)は従来法によりＰ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上にＴｉ層／Ａｌ層を形成して合金化したサンプルの測定結果である。
図１(1)に示すように、本発明法による電極は良好なオーミック特性が得られている。これに対して図１(2)の従来例は、オーミック特性が得られなかった。
本発明例について、van der Pauw法による比抵抗測定およびホール測定を行なった結果、比抵抗３００Ω、ホール移動度２４ｃｍ２／Ｖ・sec、キャリア移動度９×１０１４ｃｍ−３の値が得られた。
〔実施例２〕
実施例１と同様の手順および条件にてＳｉＣウェハ上に電極を形成した。
実施例１と同様の手順および条件にてＳｉＣウェハ上に電極を形成した。
ただし、アセトン洗浄後に、更に弗酸水溶液による洗浄を行なってＳｉＣウェハ表面の自然酸化膜を除去した後に成膜を行なった。また、成膜後の合金化熱処理は、実施例１と同じく１０００℃に昇温し（実施例１と同温度）、２分間保持する（実施例１より短時間）ことにより行なった。比較のため、弗酸水溶液による洗浄を行なわずに（実施例１と同じウェハ表面状態）、他は上記と同一の処理（実施例１と同温度で短時間）を行った。
上記により得られたサンプルについて、実施例１と同様に電流電圧測定を行なった、測定結果を図２に示す。
図２(1)に示すように、弗酸水溶液による酸化膜除去を行なったサンプルは、良好なオーミック特性が得られた。これに対して、弗酸水溶液による酸化膜除去を行なわなかったサンプルは、図２(2)に示すように、オーミック特性が得られなかった。
このように、弗酸水溶液による自然酸化膜除去を行なった実施例２は、これを行なわない実施例１に比べて、合金化熱処理の保持時間を短縮してもオーミック特性を得ることができる。実施例２の比較サンプルのように、弗酸水溶液による自然酸化膜除去を行なわずに、合金化熱処理の保持時間を短縮するとオーミック特性は得られない。
また、実施例１の測定においては、電極表面に形成された酸化膜を除去するために測定用プローブを加圧したり、測定に先立ち高い電圧（１０Ｖ）を数回印加したりする必要があったが、実施例２の測定においては、１Ｖ程度の電圧にて測定が可能であった。
更に、実施例２と同じ手順および条件で、合金化熱処理温度を９５０℃（実施例１より低温）とし、保持時間を５分（実施例１と同じ）とした場合も、実施例１、２と同様に良好なオーミック特性が得られることを確認した。
このように、オーミック特性の発現に対して、ＳｉＣウェハ表面の弗酸水溶液による洗浄処理は極めて望ましい作用を有する。弗酸水溶液洗浄はＳｉＯ２を除去する能力が大きいため、実施例１と実施例２とにおいてオーミック特性を発現させるための合金化熱処理の温度または時間の差異は、ＳｉＣウェハ表面を覆って生成している自然酸化膜ＳｉＯ２がその上に形成される電極層とＳｉＣウェハ表面との間に介在する影響と考えられる。
弗酸水溶液洗浄により酸化膜を除去しても、成膜が完了するまでに再び酸化膜が生成されるはずであるが、再生成した酸化膜は元々の酸化膜に比べて非常に薄いため、電極層の成膜後、合金化熱処理時のＡｌによる還元分解により除去され、オーミック特性を損なわないと考えられる。
ＳｉＯ２膜を十分に除去できないまま成膜して合金化熱処理を行ない、第１Ａｌ層とＴｉ層との反応によりＡｌ３Ｔｉの形成が完了してしまうと、界面構造はＳｉＣ／ＳｉＯ２／Ａｌ３Ｔｉとなり、高い絶縁性を有するＳｉＯ２が残存して界面層に介在した状態になる。この残存ＳｉＯ２膜がＳｉＣとＡｌ３Ｔｉとの反応によるＴｉ３ＳｉＣ２の生成を阻害する拡散障壁として作用するため、短時間の熱処理でＴｉ３ＳｉＣ２を生成させることが困難になる。その結果、界面構造がショトキーバリアを低減するＳｉＣ／Ｔｉ３ＳｉＣ２とならないだけでなく、界面にＳｉＯ２絶縁膜を介在させることになり、良好なオーミック特性が発現しなくなると考えられる。
〔実施例３〕
実施例１と同様の手順および条件によりＰ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ上に電極を形成した。ただし、第１Ａｌ層の厚さは表１のように種々に変化させた。得られた各サンプルについて実施例１と同様にして電流電圧測定を行なった。これらのサンプルについて、下記の指標を用いてオーミック性の比較を行なった。
実施例１と同様の手順および条件によりＰ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ上に電極を形成した。ただし、第１Ａｌ層の厚さは表１のように種々に変化させた。得られた各サンプルについて実施例１と同様にして電流電圧測定を行なった。これらのサンプルについて、下記の指標を用いてオーミック性の比較を行なった。
＜オーミック性の指標＞
指標＝(I/V)１０／(I/V)１
ここで、(I/V)１０：印加電圧１０Ｖにおける電流値Ｉ／電圧値Ｖとの比
(I/V)１ ：印加電圧１０Ｖにおける電流値Ｉ／電圧値Ｖとの比
理想的なオーミック特性が得られたときは、指標＝１となる。
指標＝(I/V)１０／(I/V)１
ここで、(I/V)１０：印加電圧１０Ｖにおける電流値Ｉ／電圧値Ｖとの比
(I/V)１ ：印加電圧１０Ｖにおける電流値Ｉ／電圧値Ｖとの比
理想的なオーミック特性が得られたときは、指標＝１となる。
各サンプルについて、繰返し数（ｎ）＝４にて測定して得られた指標値を表１に示す。
また、図３に、第１Ａｌ層の厚さに対してオーミック性指標値をプロットして示す。
表１および図３に示した結果から、第１Ａｌ層の厚さが１ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内である場合に、オーミック性指標値がほぼ１となり理想に近い極めて良好なオーミック特性が得られることが分かる。
〔実施例４〕
図４に、本発明のオーミック電極を４Ｈ−ＳｉＣバイポーラトランジスタのＰ型層用電極（ベース電極）に適用した構造例を示す。
図４に、本発明のオーミック電極を４Ｈ−ＳｉＣバイポーラトランジスタのＰ型層用電極（ベース電極）に適用した構造例を示す。
図示したバイポーラトランジスタ１００は、Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ１０２上に、Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層から成るコレクタ層１０４、Ｎ型用コレクタ電極１０６、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層から成るベース層１０８、Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層から成るエミッタ層１１０、Ｎ型用エミッタ電極１１２、および本発明のオーミック電極を適用したベース電極１２６を備えている。
ベース電極１２６は、説明の便宜上、成膜後で合金化熱処理前の状態として下から順に第１Ａｌ層１２０（厚さ１０ｎｍ）／Ｔｉ層１２２（厚さ８０ｎｍ）／第２Ａｌ層１２４（厚さ３８０ｎｍ）として示してある。ただし実際には、合金化熱処理により第１Ａｌ層１２０の部位には、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層１０８のＳｉおよびＣと、第１Ａｌ層１２０のＡｌと、Ｔｉ層１２２のＴｉとの合金層が形成されて、ＳｉＣ基板／合金層／Ｔｉ層という界面構造となっているはずであるが、合金層の合金組成および構成相の詳細が現段階では未だ確定されていない。ただし、合金層には少なくともＴｉ３ＳｉＣ２相が含まれているものと推察される。
〔実施例５〕
図５に、本発明のオーミック電極を４Ｈ−ＳｉＣＭＯＳＦＥＴのＰ型層用電極に適用した構造例を示す。
図５に、本発明のオーミック電極を４Ｈ−ＳｉＣＭＯＳＦＥＴのＰ型層用電極に適用した構造例を示す。
図示したＭＯＳＦＥＴ２００は、Ｎ＋型４Ｈ−ＳｉＣウェハ２０２上に、Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層２０６、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層２０８、Ｎ＋４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層２１０、ゲート絶縁膜２１２、ゲート電極２１４、層間絶縁膜２１６、Ｎ型層用ソース電極２１８、および本発明のオーミック電極を適用したＰ型用電極２２６を備えている。ＳｉＣウェハ２０２の裏面にはドレイン電極２０４を備えている。
Ｐ型用電極２２６は、説明の便宜上、成膜後で合金化熱処理前の状態として下から順に第１Ａｌ層２２０（厚さ１０ｎｍ）／Ｔｉ層２２２（厚さ８０ｎｍ）／第２Ａｌ層２２４（厚さ３８０ｎｍ）として示してある。ただし実際には、合金化熱処理により第１Ａｌ層２２０の部位には、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層２０８のＳｉおよびＣと、第１Ａｌ層２２０のＡｌと、Ｔｉ層２２２のＴｉとの合金層が形成されて、ＳｉＣ層／合金層／Ｔｉ層という界面構造となっているはずであるが、合金層の合金組成および構成相の詳細が現段階では未だ確定されていない。ただし、合金層には少なくともＴｉ３ＳｉＣ２相が含まれているものと推察される。特に本実施例のデバイス構造では、イオン注入工程が不要なため、平坦なＭＯＳＦＥＴチャネル構造が得られるという利点がある。
このように本発明のオーミック電極は、ＳｉＣウェハあるいはＳｉＣエピタキシャル層のホール測定による特性評価のみでなく、実施のＳｉＣ半導体デバイスの電極としても適用することができる。
本発明によれば、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ上のオーミック電極の形成方法およびそれにより形成されたオーミック電極が提供される。
本発明によるオーミック電極は、従来のようにイオン注入を必要とせずに、良好なオーミック特性を発現できるので、ＳｉＣウェハあるいはその上にエピタキシャル成長したＳｉＣ薄膜を本来の状態のままホール測定を行なって、半導体デバイス開発の基礎情報となるキャリア濃度、キャリア移動度等を評価することができる。
更に、特性評価のためだけでなく、イオン注入が不要なデバイス電極としても有用である。
１００ 本発明のオーミック電極を適用した４Ｈ−ＳｉＣバイポーラトランジスタ
１０２ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ１０２
１０４ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層（コレクタ層）１０４
１０６ Ｎ型用コレクタ電極
１０８ Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層（ベース層）
１１０ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層（エミッタ層）
１１２ Ｎ型用エミッタ電極
１２０ 第１Ａｌ層
１２２ Ｔｉ層
１２４ 第２Ａｌ層
１２６ 本発明のオーミック電極を適用したベース電極
２００ 本発明のオーミック電極を適用した４Ｈ−ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ
２０２ Ｎ＋型４Ｈ−ＳｉＣウェハ
２０４ 裏面ドレイン電極
２０６ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層
２０８ Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層
２１０ Ｎ＋４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層
２１２ ゲート絶縁膜
２１４ ゲート電極
２１６ 層間絶縁膜
２１８ Ｎ型層用ソース電極
２２０ 第１Ａｌ層
２２２ Ｔｉ層
２２４ 第２Ａｌ層
２２６ 本発明のオーミック電極を適用したＰ型用電極
１０２ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣウェハ１０２
１０４ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層（コレクタ層）１０４
１０６ Ｎ型用コレクタ電極
１０８ Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層（ベース層）
１１０ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層（エミッタ層）
１１２ Ｎ型用エミッタ電極
１２０ 第１Ａｌ層
１２２ Ｔｉ層
１２４ 第２Ａｌ層
１２６ 本発明のオーミック電極を適用したベース電極
２００ 本発明のオーミック電極を適用した４Ｈ−ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ
２０２ Ｎ＋型４Ｈ−ＳｉＣウェハ
２０４ 裏面ドレイン電極
２０６ Ｎ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層
２０８ Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層
２１０ Ｎ＋４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル層
２１２ ゲート絶縁膜
２１４ ゲート電極
２１６ 層間絶縁膜
２１８ Ｎ型層用ソース電極
２２０ 第１Ａｌ層
２２２ Ｔｉ層
２２４ 第２Ａｌ層
２２６ 本発明のオーミック電極を適用したＰ型用電極
Claims (3)
- Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上に、厚さ１〜６０ｎｍの第１Ａｌ層と、Ｔｉ層と、第２Ａｌ層とを順次堆積する堆積工程、および
非酸化性雰囲気中での熱処理により、上記第１Ａｌ層を媒介として上記ＳｉＣ基板と上記Ｔｉ層との合金層を形成する合金化工程
を含むことを特徴とするＰ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上のオーミック電極の形成方法。 - 請求項１において、上記堆積工程の前に、上記ＳｉＣ基板の表面を弗酸水溶液により洗浄処理する工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項１または２により形成されたことを特徴とする、Ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上のオーミック電極。
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