JP6057032B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
従来、炭化珪素（以下、ＳｉＣとする）半導体は、熱的、化学的、機械的に安定であり、発光素子や高周波デバイス、電力用半導体装置（パワーデバイス）として様々な産業分野への適用が期待されている。特に、ＳｉＣ半導体を用いた高耐圧のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は、シリコン（Ｓｉ）半導体を用いた高耐圧のＭＯＳＦＥＴよりもオン抵抗が低いという利点を有する。また、ＳｉＣ半導体を用いたショットキーダイオードは、シリコン半導体を用いたショットキーダイオードよりも順方向の降下電圧が低くなることが報告されている。
本来、パワーデバイスのオン抵抗とスイッチング速度とはトレードオフ関係にあるが、ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスは、低オン抵抗化と高速スイッチング速度化とを同時に達成することができる可能性がある。ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスの低オン抵抗化には、電極膜とＳｉＣ半導体部との間に形成されるオーミックコンタクト（電気的接触部）のコンタクト抵抗の低減が重要である。また、ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスの高速スイッチング速度化においても、オーミックコンタクトのコンタクト抵抗は大きな問題である。ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスの実用化における問題の１つとして、各デバイス構造および作製（製造）プロセスに適合した実用的な低抵抗のオーミックコンタクトを形成するための技術が確立されていないことが挙げられる。
ｎ型ＳｉＣ半導体部との低抵抗なオーミックコンタクトを形成する方法として広く活用されている技術として、電極膜をｎ型ＳｉＣ半導体部上に被着させて形成したオーミック電極構造体を８００℃〜１２００℃程度の高温で熱処理する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１〜３参照。）。電極材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）などが公知である。特に電極材料としてニッケルを用いたオーミックコンタクトでは１０-6Ωｃｍ2台の実用的なコンタクト抵抗値が得られ、極めて有望なオーミックコンタクトとなる。
しかしながら、電極材料としてニッケルを用いた場合、高温熱処理によりニッケル膜とＳｉＣ半導体部とが反応し、電極膜としてニッケル−シリコン−炭素（Ｃ）が混合した導電性の反応層（例えばニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜）が形成される。このとき、電極膜の表面付近にはＳｉＣ半導体部から遊離（拡散）した炭素原子が多く析出し、電極膜表面は炭素原子が析出してなる炭素層でほぼ覆われる。このため、電極膜と、電極膜上にさらに積層（形成）する配線のための例えばアルミニウム（Ａｌ）膜（配線層）との密着性が悪くなり、配線層が剥離する虞がある。
この問題を解消する方法として、下記特許文献１には、電極膜となるニッケルシリサイド膜の生成によりニッケルシリサイド膜表面に析出した炭素層を、ニッケルシリサイド膜上に配線層を積層する前に熱処理により除去することが記載されている。下記特許文献２，３には、電極膜の材料組成比を調整し、電極膜とＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクト形成時にＳｉＣ半導体部から遊離した炭素原子と電極膜とを反応させて炭化物を生成することで、電極膜表面への炭素原子の析出を抑制することが記載されている。
上述したように、電極材料となるニッケル膜をＳｉＣ半導体部上に形成し、高温熱処理により電極膜とＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成する場合、ＳｉＣ半導体部から遊離した炭素原子が電極膜表面に析出し、電極膜上に積層するアルミニウム膜などが剥離しやすいという問題がある。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成する電極膜と、電極膜上に積層される配線層との密着性を確保することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、ｎ型の炭化珪素半導体部と、前記炭化珪素半導体部の表面に形成された表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、前記炭化珪素半導体部の表面に、前記表面電極膜としてニッケルからなる第１電極膜を形成する第１形成工程を行う。次に、前記第１電極膜の表面に、前記表面電極膜としてニッケルシリサイドからなる第２電極膜を形成する第２形成工程を行う。次に、熱処理により前記炭化珪素半導体部のシリコン原子と前記第１電極膜のニッケル原子とを反応させて前記第１電極膜をシリサイド化することで、前記炭化珪素半導体部と前記表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する熱処理工程を行う。そして、前記第１形成工程では、前記熱処理工程で前記第１電極膜をシリサイド化する際に前記炭化珪素半導体部から遊離し前記表面電極膜側に拡散する炭素原子が前記第２電極膜の内部に取り込み可能な少ない含有率となる薄厚に前記第１電極膜を形成する。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、前記熱処理工程で前記第２電極膜の内部に取り込まれる前記炭素原子の、前記表面電極膜の表面への析出を抑制可能な厚さの前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、前記熱処理工程で前記炭化珪素半導体部との反応を抑制可能な組成で前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２電極膜は、ニッケル原子を６０ａｔｍ％およびシリコン原子を４０ａｔｍ％の含有率と、ニッケル原子を７０ａｔｍ％およびシリコン原子を３０ａｔｍ％の含有率との間の範囲の組成であることを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２形成工程では、前記熱処理工程でシリサイド化された前記第１電極膜の組成とほぼ等しい組成で前記第２電極膜を形成することを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１電極膜の厚さは、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２電極膜の厚さは、８０ｎｍ以上であることを特徴とする。
上述した発明によれば、表面電極膜の、炭化珪素半導体部中のシリコン原子との反応によりシリサイド化される領域を第１電極膜のみとすることができ、熱処理時に生じる余剰の炭素原子を減少させることができる。また、この余剰の炭素原子を第２電極膜に取り込むことができる。このため、表面電極膜の最表面への炭素原子の析出が抑制される。
本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、熱処理によりオーミックコンタクトを形成するにあたって、電極膜表面への炭素原子の析出を抑制し、電極膜上に積層する配線層との密着性を確保することができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（実施の形態）
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体からなる半導体部（ＳｉＣ半導体部）と表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する方法を説明する。図１は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。図２は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図２には、ｎ型ＳｉＣ半導体部１上に第１，２電極膜２，３を順に積層してなる表面電極膜４を形成した直後の状態を示す。ｎ型ＳｉＣ半導体部１とは、例えば、ｎ型ＳｉＣ半導体からなるｎ型の半導体基板（以下、ＳｉＣ基板とする）、ＳｉＣ基板上に積層されたｎ型ＳｉＣ半導体層、またはＳｉＣ基板の表面層に設けられたｎ型ＳｉＣ領域である。表面電極膜４は、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子（炭化珪素半導体装置）のおもて面電極として形成してもよいし、裏面電極として形成してもよい。
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体からなる半導体部（ＳｉＣ半導体部）と表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する方法を説明する。図１は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。図２は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図２には、ｎ型ＳｉＣ半導体部１上に第１，２電極膜２，３を順に積層してなる表面電極膜４を形成した直後の状態を示す。ｎ型ＳｉＣ半導体部１とは、例えば、ｎ型ＳｉＣ半導体からなるｎ型の半導体基板（以下、ＳｉＣ基板とする）、ＳｉＣ基板上に積層されたｎ型ＳｉＣ半導体層、またはＳｉＣ基板の表面層に設けられたｎ型ＳｉＣ領域である。表面電極膜４は、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子（炭化珪素半導体装置）のおもて面電極として形成してもよいし、裏面電極として形成してもよい。
まず、一般的な方法により所定の素子構造（デバイス構造）を形成する（ステップＳ１）。すなわち、ステップＳ１において、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子（半導体チップ）を作製する。素子構造の各構成部とは、素子構造に応じて形成される半導体領域や半導体層である。素子構造は、ｎ型ＳｉＣ半導体部１の内部および表面に各構成部が形成された構成であってもよいし、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を１つの構成部として含む構成であってもよい。具体的には、素子構造の各構成部とは、例えばＭＯＳＦＥＴを作製（製造）する場合、おもて面素子構造であるＭＯＳゲート（金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート）構造を構成するｐ型ベース領域やｎ+型ソース領域や、裏面素子構造を構成するｎ+型ドレイン領域などである。次に、このｎ型ＳｉＣ半導体部１を有する炭化珪素半導体素子を一般的な方法により洗浄する（ステップＳ２）。
次に、図２に示すように、ｎ型ＳｉＣ半導体部１の上（表面）に、ニッケル（Ｎｉ）からなる第１電極膜２を成膜（形成）する（ステップＳ３）。第１電極膜２の厚さは、後述する熱処理によりｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子と反応してほぼすべてがシリサイド化される（具体的には、ニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ：以下、第１固相状態とする）膜となる）程度に薄く、例えば５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるのが好ましい。次に、例えば第１電極膜２の成膜に連続して、第１電極膜２の上に、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ：以下、第２固相状態とする）からなる第２電極膜３を成膜する（ステップＳ４）。これにより、第１，２電極膜２，３を順に積層してなる表面電極膜４が形成される。ステップＳ４においては、ニッケル原子とＳｉＣ半導体中のシリコン原子とが熱処理により反応して生成される第１固相状態のニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）と同程度の組成を有する第２電極膜３を形成することが好ましい。すなわち、第２電極膜３の組成は、熱処理後の第１電極膜２の組成と同程度とすることが好ましい。第２電極膜３の厚さは、例えば８０ｎｍ以上であることが好ましい。
また、ステップＳ３，Ｓ４において、第１，２電極膜２，３の成膜には、例えば、直流（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）スパッタリング法を用いてもよい。具体的には、例えば、スパッタリング装置の処理炉に挿入したＳｉＣ半導体基体（炭化珪素半導体素子の、ｎ型ＳｉＣ半導体部１を含むＳｉＣ半導体で構成される部分全体）に３００Ｗの直流電力を印加し、室温（例えば２５℃）、すなわちＳｉＣ半導体基体を加熱せずに、圧力１Ｐａのアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中でスパッタリングを行う。第１電極膜２を成膜するためのスパッタリングターゲットの金属原料は、例えば純度９９．９９ｗｔ％のニッケルであってもよい。第２電極膜３を成膜するためのスパッタリングターゲットの金属原料は、例えば６０Ｎｉ４０Ｓｉ（ニッケル原子を６０ａｔｍ％およびシリコン原子を４０ａｔｍ％の含有率）と、７０Ｎｉ３０Ｓｉ（ニッケル原子を７０ａｔｍ％およびシリコン原子を３０ａｔｍ％の含有率）との間の範囲の組成を有する金属であってもよい。
次に、第１，２電極膜２，３が積層された状態のＳｉＣ半導体基体（素子全体）を高温の真空雰囲気中で熱処理する（ステップＳ５）。具体的には、ステップＳ５においては、例えば、５×１０-4Ｐａ以下に排気した真空雰囲気中で１０００℃程度の温度で５分間程度の高温熱処理を行い、その後室温まで冷却する。この熱処理によって、第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子とが反応し、ニッケル原子とシリコン原子とが所定の原子比が混合した導電性の加熱反応物が生成される。具体的には、第１電極膜２がシリサイド化され、第１固相状態のニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）が生成される。このとき、第１電極膜２全体がほぼすべてシリサイド化され、第１電極膜２は第１固相状態のニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）膜となる。また、上述したように熱処理前の第２電極膜３は第２固相状態のニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなる（または熱処理後の第１電極膜２と同程度の組成を有する）ため、熱処理後の表面電極膜４（第１，２電極膜２，３）のほぼ全体がニッケルシリサイド膜となる。
また、第１電極膜２の厚さが薄いため、ステップＳ５の熱処理において第１電極膜２とｎ型ＳｉＣ半導体部１との反応により余る炭素（Ｃ）原子は微量である。また、第１電極膜２とｎ型ＳｉＣ半導体部１との反応によって生じた余剰の炭素原子は、第２電極膜３に取り込まれる。第２電極膜３は、シリコンを含む金属膜であるため、ｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子と反応しない。すなわち、第１，２電極膜２、３を積層してなる表面電極膜４のうち、第１電極膜２のみがｎ型ＳｉＣ半導体部１と反応して余剰の炭素原子が生じ、この余剰の炭素原子は表面電極膜４の外部に拡散されない。すなわち、第２電極膜３の表面（後述する配線層との界面）への炭素原子の析出が抑制される。次に、第２電極膜３の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる配線層（不図示）を形成する（ステップＳ６）。その後、配線層の形成後に行う一般的な工程を行うことで、ｎ型ＳｉＣ半導体部１とオーミックコンタクトをなす表面電極膜４を備えた炭化珪素半導体素子が完成する。
次に、表面電極膜４からの炭素原子の析出量について検証した。図３は、従来例１における表面電極膜の深さ方向の元素分布を示す特性図である。図４は、実施例１における第１電極膜の厚さ（Ｎｉ膜厚）と熱処理後の第１電極膜の表面組成を示す図表である。図５は、実施例２における第２電極膜の厚さ（ＮｉＳｉ膜厚）と第２電極膜の表面組成を示す図表である。図６は、実施例２における表面電極膜の深さ方向元素分析を示す特性図である。図３，６の元素分布および図４，５の表面組成は、ともにＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって検出とスパッタリングとを交互に行うことで表面電極膜の深さ方向の組成を測定している。
まず、従来の一般的な炭化珪素半導体装置の製造方法によって、ｎ型ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトをなす表面電極膜を形成した（以下、従来例１とする）。具体的には、従来例１では、ｎ型ＳｉＣ半導体部の上に１００ｎｍの厚さのニッケル膜を成膜した後、熱処理によりニッケル膜がシリサイド化されてなる表面電極膜を形成した。従来例１の熱処理条件は、後述する実施例１と同様である。そして、ＸＰＳ法により、表面電極膜の表面（ｎ型ＳｉＣ半導体部側に対して反対側の表面（以下、最表面とする））からの深さ方向の元素分布を測定した。その結果を図３に示す。図３に示す結果より、従来例１では、ｎ型ＳｉＣ半導体部（ニッケル原子＝０ａｔｍ％よりも深い部分（スパッタリング時間が長い部分：図３の右側部分））中のシリコン原子および炭素原子が表面電極膜中に拡散し、表面電極膜の最表面（スパッタリング時間＝０分の部分（図３の左側部分））に炭素原子が多量に析出していることが確認された。
一般的に、ニッケルはＳｉＣ半導体と反応して第１固相状態のニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）になることが知られている。図３に示す結果より、従来例１では、ｎ型ＳｉＣ半導体部中から表面電極膜中に拡散したシリコン原子は表面電極膜中のニッケル原子と反応し、第１固相状態のニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）が形成されることが確認された。また、ｎ型ＳｉＣ半導体部中から表面電極膜中に拡散した炭素原子は表面電極膜の最表面に析出することが確認された。表面電極膜の最表面に析出した炭素層は、アルミニウム膜との密着性が悪い。このため、この状態で表面電極膜の最表面にアルミニウムからなる配線層を成膜する場合、配線層が剥離しやすくなる。配線層との密着性を向上させるには、ｎ型ＳｉＣ半導体部中の炭素原子を表面電極膜の最表面にまで拡散させないか、表面電極膜とｎ型ＳｉＣ半導体部との反応により余った炭素原子を除去する必要があることがわかる。
次に、ｎ型ＳｉＣ半導体部中の炭素原子の拡散を抑制可能な条件として、第１電極膜２の厚さについて検討した。まず、上述した実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法にしたがい、ｎ型ＳｉＣ半導体部１とのオーミックコンタクトをなす表面電極膜４を形成した複数の試料を作製した（以下、実施例１とする）。具体的には、実施例１においては、ｎ型ＳｉＣ半導体部１の上に試料ごとに異なる厚さでニッケルからなる第１電極膜２を成膜し、第１電極膜２の上に第２固相状態のニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなる８０ｎｍの厚さの第２電極膜３を成膜した後、例示した上記諸条件で熱処理を行った。第１電極膜２を成膜するためのスパッタリングターゲットの金属原料として、純度９９．９９ｗｔ％のニッケルを用いた。第２電極膜３を成膜するためのスパッタリングターゲットの金属原料として、６７Ｎｉ３３Ｓｉ（ニッケルを６７ａｔｍ％およびシリコンを３３ａｔｍ％含む金属）を用いた。そして、ＸＰＳ法により、第１，２電極膜２，３からなる表面電極膜４の最表面（第２電極膜３の表面）からの深さ方向の元素分布を測定した。その結果を図４に示す。図４の炭素組成（Ｃ組成）は、第２電極膜３の表面への炭素原子の析出量である（図５においても同様）。
図４に示す結果より、第１電極膜２の厚さが厚くなるほど第１電極膜２の表面（第１電極膜２と第２電極膜３との界面）に析出する炭素原子が多くなることがわかる。この理由は、第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子との反応量が多くなり、余剰の炭素原子が出やすくなるからである。したがって、第１電極膜２の厚さは薄いことが望ましいが、第１電極膜２の厚さを薄くしすぎた場合（例えば５ｎｍ以下程度）、第１電極膜２中のニッケル原子とｎ型ＳｉＣ半導体部１中のシリコン原子との反応が少なすぎることでオーミック特性に悪影響が及ぶ。このため、第１電極膜２の厚さは、ｎ型ＳｉＣ半導体部１との良好なオーミックコンタクトを形成可能な５ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度であることが望ましい。
次に、ｎ型ＳｉＣ半導体部中の炭素原子の拡散を抑制可能な条件として、第２電極膜３の厚さについて検討した。まず、上述した実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法にしたがい、ｎ型ＳｉＣ半導体部１とのオーミックコンタクトをなす表面電極膜４を形成した複数の試料を作製した（以下、実施例２とする）。具体的には、実施例２においては、ｎ型ＳｉＣ半導体部１の上にニッケルからなる１０ｎｍの厚さの第１電極膜２を成膜し、第１電極膜２の上に試料ごとに異なる厚さで第２固相状態のニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなる第２電極膜３を成膜した後に熱処理を行った。実施例２の製造方法の、第１，２電極膜２，３の厚さ以外の条件は、実施例１と同様である。そして、ＸＰＳ法により、第１，２電極膜２，３からなる表面電極膜４の最表面（第２電極膜３の表面）からの深さ方向の元素分布を測定した。その結果を図５，６に示す。
図６に示すように、実施例２においては、ｎ型ＳｉＣ半導体部１と表面電極膜４との境界から（ニッケル原子＝０ａｔｍ％の部分（図６の右側部分））から、表面電極膜４の最表面（スパッタリング時間＝０分の部分（図６の左側部分））に向って炭素原子の含有率が減少していることが確認された。すなわち、ｎ型ＳｉＣ半導体部１中から表面電極膜４中への炭素原子の拡散が抑制されている。第１電極膜２の厚さが１０ｎｍであるときに、第１電極膜２の表面（第１電極膜２と第２電極膜３との界面）に析出する炭素原子の含有率は１４ａｔｍ％である（図４参照）。このため、表面電極膜４の最表面に析出する炭素原子の含有率を１４ａｔｍ％以下とすることができる８０ｎｍ以上の厚さで第２電極膜３を形成すれば、表面電極膜４中に拡散した炭素原子が表面電極膜４の最表面に析出することを抑制することができることがわかる（図５参照）。
そこで、表面電極膜４と配線層との密着性について検証した。まず、２０ｍｍ角のＳｉＣ基板（半導体チップ）に、スパッタリングにより１０ｎｍの厚さの第１電極膜２と、８０ｎｍの厚さの第２電極膜３とを順に成膜してなる表面電極膜４を形成して熱処理した試料を作製した（以下、実施例３とする）。実施例３の製造方法は、実施例１と同様である。比較として、ニッケル膜（表面電極膜）を９０ｎｍの厚さで成膜して熱処理した試料を作製した（以下、従来例２とする）。従来例２の製造方法の、ニッケル膜の厚さ以外の条件は従来例１と同様である。そして、実施例３および従来例２について、表面電極膜の最表面にアルミニウム膜（配線層）を５μｍの厚さで形成し、アルミニウム膜に貼り付けたテープを引き剥がすことで、アルミニウム膜の剥離の有無を観測した。その結果、従来例２では、アルミニウム膜はほぼ全面剥離したことが確認された。一方、実施例３においては、アルミニウム膜の剥離は生じないことが確認された。上述したように、実施例３においては、第１電極膜２の厚さを１０ｎｍ以下とし、第２電極膜３の厚さを８０ｎｍ以上として表面電極膜４を形成することで、表面電極膜４の最表面に析出する炭素原子を減少させることができると推測される。
以上、説明したように、実施の形態によれば、ｎ型ＳｉＣ半導体部の上に、厚さの薄い第１電極膜と、ニッケルシリサイドからなる第２電極膜とからなる表面電極膜を形成することで、その後の熱処理において、表面電極膜の、ｎ型ＳｉＣ半導体部中のシリコン原子との反応によりシリサイド化される領域を、薄厚の第１電極膜のみとすることができる。すなわち、ｎ型ＳｉＣ半導体部中のシリコン原子との反応によりシリサイド化される領域を従来よりも少なくすることができるため、熱処理時に生じる余剰の炭素原子を従来よりも減少させることができる。また、この熱処理によって生じた余剰の炭素原子を第２電極膜に取り込むことができ、表面電極膜の最表面（第２電極膜の表面）への炭素原子の析出を抑制することができる。これにより、表面電極膜と、表面電極膜の最表面に形成される配線層との密着性を高くすることができ、配線層の剥離が生じにくくなる。
また、実施の形態によれば、表面電極膜のシリサイド化される領域を従来よりも少なくしたとしても、表面電極膜の、ｎ型ＳｉＣ半導体部に接する部分（第１電極膜）がほぼすべて第１固相状態のニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）となるため、表面電極膜とｎ型ＳｉＣ半導体部との付着力を従来と同程度に維持することができる。これにより、ｎ型ＳｉＣ半導体部から表面電極膜が剥離することを抑制することができる。また、表面電極膜の、ｎ型ＳｉＣ半導体部に接する部分がほぼすべて第１固相状態のニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）となることにより、従来と同程度にｎ型ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成することができる。このため、第１電極膜とｎ型ＳｉＣ半導体部とのコンタクト抵抗を低減させることができる。したがって、膜中および最表面への余剰の炭素原子の析出を抑制して配線層との密着性を確保した、良好なオーミック性を示す表面電極膜を形成することができる。
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、種々の産業用機械や自動車などに使用される炭化珪素半導体装置に有用であり、特にｎ型ＳｉＣ半導体部とのオーミックコンタクトを形成する表面電極膜を備えた炭化珪素半導体装置に適している。
１ ｎ型ＳｉＣ半導体部
２ 第１電極膜（ニッケル膜）
３ 第２電極膜（第２固相状態のニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜）
２ 第１電極膜（ニッケル膜）
３ 第２電極膜（第２固相状態のニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜）
Claims (7)
- ｎ型の炭化珪素半導体部と、前記炭化珪素半導体部の表面に形成された表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記炭化珪素半導体部の表面に、前記表面電極膜としてニッケルからなる第１電極膜を形成する第１形成工程と、
前記第１電極膜の表面に、前記表面電極膜としてニッケルシリサイドからなる第２電極膜を形成する第２形成工程と、
熱処理により前記炭化珪素半導体部のシリコン原子と前記第１電極膜のニッケル原子とを反応させて前記第１電極膜をシリサイド化することで、前記炭化珪素半導体部と前記表面電極膜とのオーミックコンタクトを形成する熱処理工程と、
を含み、
前記第１形成工程では、前記熱処理工程で前記第１電極膜をシリサイド化する際に前記炭化珪素半導体部から遊離し前記表面電極膜側に拡散する炭素原子が前記第２電極膜の内部に取り込み可能な少ない含有率となる薄厚に前記第１電極膜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。 - 前記第２形成工程では、前記熱処理工程で前記第２電極膜の内部に取り込まれる前記炭素原子の、前記表面電極膜の表面への析出を抑制可能な厚さの前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２形成工程では、前記熱処理工程で前記炭化珪素半導体部との反応を抑制可能な組成で前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２電極膜は、ニッケル原子を６０ａｔｍ％およびシリコン原子を４０ａｔｍ％の含有率と、ニッケル原子を７０ａｔｍ％およびシリコン原子を３０ａｔｍ％の含有率との間の範囲の組成であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２形成工程では、前記熱処理工程でシリサイド化された前記第１電極膜の組成とほぼ等しい組成で前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第１電極膜の厚さは、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第２電極膜の厚さは、８０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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