JP6160541B2

JP6160541B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法

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Publication number: JP6160541B2
Application number: JP2014074486A
Authority: JP
Inventors: 伸一仲俣; 文一今井; 中嶋　経宏; 経宏中嶋
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015198131A

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、高周波、大電力の制御を目的として、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板を用いたパワーデバイス（以下、シリコン半導体装置とする）の高性能化が進められてきた。しかし、シリコン半導体装置は、高温下で使用することができないことなどから、さらに高温下で使用可能な高性能のパワーデバイスの要求に対して新しい半導体材料の適用が検討されている。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコンの約３倍という広い禁制帯幅をもつことから高温での電気伝導度の制御性に優れている。また、炭化珪素は、シリコンより約一桁大きい絶縁破壊電圧をもつことから高耐圧デバイス用の基板材料として適用可能である。さらに、炭化珪素は、シリコンの約２倍の電子飽和ドリフト速度をもつことから、高周波かつ大電力の制御を目的としたデバイスに適用可能である。

このような炭化珪素からなる半導体基板（以下、炭化珪素基板とする）を用いたパワーデバイス（以下、炭化珪素半導体装置とする）の裏面電極を形成する技術に関し、炭化珪素基板の表面にニッケル膜を形成した後、高温熱処理により炭化珪素基板とニッケル膜とが反応してなるニッケルシリサイド層を形成することで、炭化珪素基板とニッケル層と電気的接触部（コンタクト）においてオーミック特性を得る方法が知られている。

しかしながら、この方法によりオーミックコンタクトとなるニッケルシリサイド層（以下、オーミック電極とする）を形成する場合、ニッケルシリサイドの生成によりオーミック電極の表面に炭化珪素基板から遊離した余剰の炭素原子（以下、遊離炭素とする）を含む副生成物が偏析する。この遊離炭素を含む副生成物によって、オーミック電極上に形成される配線金属層との密着性が低下し、配線金属層が剥離しやすくなるという問題がある。

この問題を解決する方法として、炭化珪素基板の表面に第１の金属膜として形成したニッケル膜上に、チタン、タンタルまたはタングステンなどの炭化物を生成する金属からなる第２の金属膜を形成し、熱処理を行う方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。下記特許文献１では、ニッケルシリサイドの生成により発生した遊離炭素と第２の金属膜とが反応して炭化物が生成される。このため、遊離炭素を含む副生成物がオーミック電極の表面に偏析することを防止することができ、オーミック電極から配線金属層が剥離することを防止することができる。

しかしながら、下記特許文献１では、配線金属層の剥離防止の効果を安定して得ることができない。この問題を解決する方法として、炭化珪素基板の表面に第１の金属膜として形成したニッケル膜上に、チタン、タンタルまたはタングステンなどの炭化物を生成する金属からなる第２の金属膜を形成し、熱処理により炭化珪素基板とニッケル膜とが反応してなるオーミック電極を形成した後、オーミック電極の表面を酸素（Ｏ₂）プラズマまたはアルゴン（Ａｒ）プラズマにさらして清浄化するための熱処理を行う方法が提案されている（例えば、下記特許文献２参照。）。

特開２００６−３４４６８８号公報特開２０１２−２４８７２９号公報

しかしながら、ニッケルシリサイドの生成により発生した遊離炭素を含む副生成物は、オーミック電極の表面のみならず、オーミック電極の内部にも偏析することがある。このオーミック電極の内部に偏析した遊離炭素を含む副生成物は、オーミック電極の膜質の脆化や、オーミック電極の部分的な剥離の原因となる。発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上記特許文献１，２の技術では、オーミック電極の内部に遊離炭素を含む副生成物が偏析し、この副生成物が偏析した箇所を起点に突発的にオーミック電極が割れてしまい、オーミック電極およびオーミック電極上に形成される配線金属層が剥離する虞があることが判明した。

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、良好なオーミック特性を示し、かつ剥離が生じないオーミック電極を形成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、次の特徴を有する。まず、炭化珪素からなる半導体基板の表面にニッケルからなる金属層を形成する金属層形成工程を行う。次に、熱処理により前記金属層と前記半導体基板とを反応させて、前記金属層と前記半導体基板との界面に、オーミック特性を示す電極を形成する熱処理工程を行う。このとき、前記電極の厚さは１００ｎｍ以上である。前記熱処理工程では、前記電極を形成する際に前記半導体基板から前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を５１ａｔｍ％以上６０ａｔｍ％未満にする。

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、前記熱処理工程では、前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を５５ａｔｍ％以上５８ａｔｍ％未満に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、前記金属層形成工程では、前記半導体基板の（０００１）面に前記金属層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、さらに次の特徴を有する。前記金属層形成工程は、まず、前記半導体基板の表面に、ニッケルからなる第１金属層を形成する工程を行う。次に、前記第１金属層の表面に、モリブデン、タンタル、チタンおよびクロムのいずれか一つ以上の金属からなる第２金属層を形成することにより、前記第１金属層および前記第２金属層が順に堆積されてなる前記金属層を形成する。

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、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極を形成することができるとともに、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素が増加することを防止し、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素を含む副生成物が生成または偏析することを抑制することができる。このため、良好なオーミック特性を示し、かつ剥離が生じないオーミック電極を形成することができるという効果を奏する。

実施の形態１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。実施の形態１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。実施の形態１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。実施の形態１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。実施の形態１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。実施の形態１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。実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置の順方向電圧とオーミック電極の厚さとの関係を示す特性図である。

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。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。

（実施の形態１）
実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、ショットキーバリアダイオード（ＳｃｈｏｔｔｋｙＢａｒｒｉｅｒＤｉｏｄｅ：ＳＢＤ）を作製（製造）する場合を例に説明する。図１〜６は、実施の形態１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１〜６には、１枚の炭化珪素ウエハ上に作りこまれる複数の半導体チップのうちの１個の有効チップとなる領域の製造途中の状態を示す。まず、図１に示すように、例えば炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）からなるｎ⁺型炭化珪素基板（炭化珪素ウエハ）１のおもて面に、ｎ^-型ドリフト層２となる炭化珪素エピタキシャル層を堆積する。

ｎ⁺型炭化珪素基板１のおもて面は、例えばｎ⁺型炭化珪素基板１の（０００−１）面（いわゆるＣ面）であってもよい。ｎ⁺型炭化珪素基板１の（０００−１）面では、他の面方位をもつ結晶面と比べて炭素原子が析出しやすい。このため、実施の形態１においては、例えば後述するオーミック電極を形成しない基板おもて面を（０００−１）面としている。ｎ⁺型炭化珪素基板１は、例えば１．０×１０¹⁸／ｃｍ³の不純物濃度で窒素（Ｎ）がドーピングされてなる。ｎ⁺型炭化珪素基板１の厚さは、例えば３５０μｍであってもよい。ｎ^-型ドリフト層２は、例えば１．８×１０¹⁶／ｃｍ³の不純物濃度で窒素がドーピングされてなる。ｎ^-型ドリフト層２の厚さは、例えば６μｍであってもよい。

次に、図２に示すように、例えばリン（Ｐ）などのｎ型不純物のイオン注入により、ｎ^-型ドリフト層２の、ｎ⁺型炭化珪素基板１側に対して反対側の表面層に、チャネルストッパー用のｎ型領域３を選択的に形成する。ｎ型領域３は、活性領域の周囲を囲む終端構造部に、活性領域を囲むように配置される。次に、図３に示すように、例えばアルミニウム（Ａｌ）などのｐ型不純物のイオン注入により、終端構造部において、ｎ^-型ドリフト層２の、ｎ⁺型炭化珪素基板１側に対して反対側の表面層に、終端構造用のｐ型領域４およびＦＬＲ（ＦｉｅｌｄＬｉｍｉｔｉｎｇＲｉｎｇ：フィールドリミッティングリング）構造用のフローティング電位の１つ以上のｐ型領域５をそれぞれ選択的に形成する。

活性領域は、オン状態のときに電流が流れる領域である。終端構造部は、ｎ^-型ドリフト層２の電界を緩和し耐圧を保持する領域である。ｐ型領域４は、活性領域と終端構造部との境界付近に、活性領域から終端構造部にわたって、かつ活性領域を囲むように配置される。ｐ型領域５は、ｎ型領域３とｐ型領域４との間に、ｎ型領域３およびｐ型領域４と離して配置される。ｐ型領域５は、活性領域を囲むように（すなわちｐ型領域４を囲むように、また、複数のｐ型領域５が配置される場合にはｐ型領域４や自身よりも内側に配置されたｐ型領域５を囲むように）配置される。次に、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中において１６５０℃の温度で２４０秒間の熱処理により、ｎ型領域３およびｐ型領域４，５を形成するために注入された不純物を活性化させる。

次に、図４に示すように、例えば１１００℃の温度の熱処理によってｎ^-型ドリフト層２の、ｎ⁺型炭化珪素基板１側に対して反対側の表面を熱酸化し、フィールド酸化膜６を形成する。次に、ｎ⁺型炭化珪素基板１およびｎ^-型ドリフト層２からなる炭化珪素エピタキシャル基板（炭化珪素エピタキシャルウエハ）を例えばスパッタリング装置の処理炉（チャンバー）に挿入し、基板温度を２５０℃に維持する。この状態で、圧力０．２Ｐａのアルゴンガス雰囲気中においてマグネトロンスパッタリングを行うことにより、ｎ⁺型炭化珪素基板１の（０００１）面、すなわちｎ⁺型炭化珪素基板１の裏面に、例えば１００ｎｍ程度の厚さの例えばニッケル（Ｎｉ）層を堆積する。

次に、ニッケル層が堆積された状態の炭化珪素エピタキシャル基板を例えば急速加熱処理（ＲＴＡ：ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置の反応炉に挿入し、炭化珪素エピタキシャル基板（素子全体）を加熱する。このとき、炭化珪素エピタキシャル基板の加熱温度を、例えば、昇温速度１℃／秒で１１００℃に到達するまで昇温した後、その到達温度で２分間保持する。この熱処理により、ニッケル層がｎ⁺型炭化珪素基板１と反応してシリサイド化され、ｎ⁺型炭化珪素基板１とニッケル層との電気的接触部（コンタクト）にオーミック特性を示す低抵抗のニッケルシリサイド層（以下、オーミック電極とする）７が形成される。図４には、ニッケル層全体がニッケルシリサイド層になる場合を示す。オーミック電極７の内部に拡散された炭素原子の、当該オーミック電極７の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値（以下、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度とする）は例えば６０ａｔｍ％未満とする。

次に、オーミック電極７が形成された状態の炭化珪素エピタキシャル基板を例えばスパッタリング装置の処理炉に挿入する。そして、炭化珪素エピタキシャル基板に２００Ｗの高周波（ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を印加して、圧力０．３Ｐａの酸素（Ｏ₂）ガス雰囲気中またはアルゴンガス雰囲気中において逆スパッタリング（清浄処理）を行う。これにより、オーミック電極７の表面が酸素プラズマまたはアルゴンプラズマにさらされて清浄化される。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりフィールド酸化膜６を選択的に除去し、ｎ^-型ドリフト層２の、活性領域に対応する部分を露出させる。次に、例えば蒸着法により、フィールド酸化膜６の開口部に露出するｎ^-型ドリフト層２の表面に例えばチタン（Ｔｉ）層を堆積する。

次に、チタン層が堆積された状態の炭化珪素エピタキシャル基板を例えばＲＴＡ装置の反応炉に挿入し、炭化珪素エピタキシャル基板（素子全体）を加熱する。このとき、炭化珪素エピタキシャル基板の加熱温度を、例えば、８℃／秒の昇温速度で５００℃に到達するまで昇温した後、その到達温度で５分間保持する。この熱処理により、ｎ^-型ドリフト層２の表面にチタン層からなるショットキー電極８が形成される。ショットキー電極８は、ショットキーバリアダイオードを高耐圧素子として動作させるために、ｎ^-型ドリフト層２の表面上からｐ型領域４の表面上にまで延在するように配置する。すなわち、ショットキー電極８の端部は、ｐ型領域４の表面上に位置する。

次に、図５に示すように、ショットキー電極８に接するように、例えばアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）からなるボンディング用の電極パッド９を５μｍの厚さで形成する。次に、フィールド酸化膜６の表面上から電極パッド９の端部上にわたって、例えばポリイミドからなるパッシベーション膜１０を形成する。次に、図６に示すように、オーミック電極７の表面に、外部装置との接続用の配線金属層１１を形成する。配線金属層１１は、例えば７０ｎｍの厚さのチタン層、４００ｎｍの厚さのニッケル層および２００ｎｍの厚さの金（Ａｕ）層を順に堆積してなる。その後、炭化珪素エピタキシャル基板（炭化珪素エピタキシャルウエハ）に作りこまれた半導体チップを個々のチップ状に切断（ダイシング）することにより、実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置が完成する。

次に、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度を抑える方法について説明する。オーミック電極７の材質や厚さ、およびオーミック電極７を形成するための熱処理条件のバランスをとることにより、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度を６０ａｔｍ％未満に抑制可能であることが、本発明らによって確認されている。オーミック電極７を形成するための熱処理条件およびオーミック電極７の材質や厚さは、それぞれ相互に影響する。このため、例えばオーミック電極７の厚さのみを限定したとしても配線金属層１１の剥離を十分に抑制することはできず、その他に熱処理条件を調整してオーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度の範囲を制御することが重要である。

また、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度を抑える別の方法として、例えばオーミック電極７を形成するための熱処理温度を上げて、かつ熱処理時間を長くすることで、炭化珪素エピタキシャル基板から遊離した余剰の炭素原子（遊離炭素）を拡散しやすくする方法があるが、この場合、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度が低くなり過ぎる虞がある。オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度が低くなるということは、オーミック電極７の外部に拡散する遊離炭素が増大するということであり、オーミック電極７の表面に析出する遊離炭素が大幅に増大することになる。例えば、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度が５１ａｔｍ％未満である場合、酸素プラズマまたはアルゴンプラズマにさらしてオーミック電極７の表面の清浄化を行ったとしても、オーミック電極７および配線金属層１１の剥離を助長する結果となることが発明者らによって確認されている。したがって、オーミック電極７の材質や厚さ、およびオーミック電極７を形成するための熱処理条件のバランスをとることにより、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度を５１ａｔｍ％以上６０ａｔｍ％未満の範囲内に制御するのがよい。好ましくは、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度を５５ａｔｍ％以上５８ａｔｍ％未満の範囲内に制御するのがよい。

また、オーミック電極７の厚さは、１００ｎｍ以上であるのが好ましい。その理由は、次の通りである。図７は、実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置の順方向電圧とオーミック電極の厚さとの関係を示す特性図である。オーミック電極７の厚さは、コンタクト抵抗を低くするために、ある一定の厚さ以上とするのがよい。図７に示すように、オーミック電極７の厚さを種々変更して作製されたショットキーバリアダイオードの順方向電圧（オン電圧）Ｖｆを測定した結果、オーミック電極７の厚さが１００ｎｍ以上である場合に、順方向電圧Ｖｆが小さくなり、良好なコンタクト抵抗値となることが確認された。図７において、オーミック電極７の厚さが１００ｎｍである場合が電圧特性の変化点であり、オーミック電極７の厚さが１００ｎｍ以上である場合に電圧特性が良好であることを示している。

また、オーミック電極７の厚さが厚すぎる場合、オーミック電極７の内部に局所的に遊離炭素が偏在してオーミック電極７の剥離を引き起こしてしまう。具体的には、オーミック電極７の厚さを、コンタクト抵抗が変化しない３００ｎｍとした場合、オーミック電極７の内部の所定箇所を起点にオーミック電極７の一部および配線金属層１１の剥離が生じやすい傾向にあることが発明者らによって確認されている。したがって、好ましくは、製造ばらつきによる剥離発生を防ぐことも考慮して、オーミック電極７の厚さは、コンタクト抵抗が低く、良好なオーミック特性を示し、かつオーミック電極７および配線金属層１１の剥離を生じにくくすることができる１０５ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるのがよい。また、より好ましくは、オーミック電極７の厚さは、より安定して上記効果を得られる１１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とするのがよい。

（実施例）
上述した実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法にしたがい、例示した上記諸条件で炭化珪素ウエハ（炭化珪素エピタキシャルウエハ）の各有効チップ領域にそれぞれショットキーバリアダイオードを作製した（以下、実施例とする）。そして、オージェ電子分光（ＡＥＳ：ＡｕｇｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法による深さ方向のプロファイル分析により、実施例においてオーミック電極７内の３箇所における炭素原子のピーク原子濃度をそれぞれ測定した。その結果、実施例において、オーミック電極７内の３箇所における炭素原子のピーク原子濃度はそれぞれ５６．８ａｔｍ％、５７．３ａｔｍ％および５７．１ａｔｍ％であり、その平均は５７．１ａｔｍ％であることが確認された。

（比較例）
また、比較として、炭化珪素ウエハの各有効チップ領域に、それぞれ実施例と異なる熱処理条件でオーミック電極７を形成したショットキーバリアダイオードを作製した（以下、比較例とする）。比較例では、オーミック電極７を形成するために、比較例の加熱温度を、１．５℃／秒の昇温速度で１０００℃に到達するまで昇温した後、その到達温度で３分間保持した。比較例の、オーミック電極７を形成するための熱処理条件以外の製造方法は、実施例と同様である。比較例では、実施例と同様の方法により測定したオーミック電極７内の３箇所における炭素原子のピーク原子濃度はそれぞれ６１．０ａｔｍ％、６１．７ａｔｍ％および６１．８ａｔｍ％であり、その平均は６１．５ａｔｍ％であった。

（検証１）
上述した実施例および比較例において、それぞれ炭化珪素ウエハに作りこまれた半導体チップを個々のチップ状に切断し、各１００個ずつの半導体チップを任意にピックアップした。そして、実施例および比較例ともに、ピックアップした１００個の半導体チップのうち、オーミック電極７上の配線金属層１１の剥離が生じている半導体チップの個数と、配線金属層１１の剥離部分の面積比と、を測定した。配線金属層１１の剥離部分の面積比とは、配線金属層１１の剥離が生じている半導体チップごとの、配線金属層１１の全面積に対する配線金属層１１の剥離部分の面積比（＝配線金属層１１の剥離部分の面積／配線金属層１１の全面積）である。

このように各半導体チップについて配線金属層１１の剥離の有無を検証した結果、実施例および比較例ともに、半導体チップのピックアップ時に配線金属層１１全面が剥離した半導体チップは存在しなかった。また、実施例および比較例ともに、配線金属層１１の剥離が生じている箇所はダイシングライン周辺であった。しかし、比較例では、１００個の半導体チップのうち、２３個の半導体チップで配線金属層１１の剥離が生じていた。これら配線金属層１１の剥離が生じていた２３個の半導体チップにおいて、各半導体チップの配線金属層１１の剥離部分の面積比は、配線金属層１１の全面積の２％〜１０％の範囲内に分布していた。

一方、実施例においては、１００個の半導体チップのうち、３個の半導体チップで配線金属層１１の剥離が生じていたが、これら配線金属層１１の剥離が生じていた３個の半導体チップにおいて、各半導体チップの配線金属層１１の剥離部分の面積比は、比較例よりも小さく、配線金属層１１の全面積の２％の範囲内に収まることが確認された。

（検証２）
次に、実施例および比較例ともに配線金属層１１の剥離が生じたすべての半導体チップについて、光学顕微鏡により配線金属層１１の剥離が生じている箇所を詳細に観察した。その結果、比較例では、次の３箇所で配線金属層１１の剥離が生じていることが確認された。第１の箇所は、オーミック電極７と配線金属層１１との界面である。第２の箇所は、オーミック電極７の内部である。すなわち、配線金属層１１の下層であるオーミック電極７の一部とともに配線金属層１１が剥離している。第３の箇所は、ダイシング時のチップ欠け（チッピング）に起因する例えばチップ端部である。すなわち、チップとともに配線金属層１１が欠けている。

配線金属層１１の剥離が生じていた２３個の半導体チップのうち、上記第１〜３の箇所で配線金属層１１の剥離が生じていた半導体チップの個数は、それぞれ次の通りである。上記第１の箇所での配線金属層１１の剥離は、７個の半導体チップで確認された。上記第２の箇所での配線金属層１１の剥離は、１２個の半導体チップで確認された。上記第３の箇所での配線金属層１１の剥離は、４個の半導体チップで確認された。比較例では、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度が６０ａｔｍ％以上であるため（検証１参照）、オーミック電極７の表面または内部の遊離炭素を原因として上記第１の箇所または第２の箇所で配線金属層１１の剥離が生じる。

一方、実施例においては、３個の半導体チップともに、ダイシング時のチップ欠けに起因するチップ端部で配線金属層１１の剥離が生じており、比較例のように上記第１，２の箇所での配線金属層１１の剥離は生じていなかった。これにより、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度を６０ａｔｍ％未満にすることで（検証１参照）、オーミック電極７の表面または内部に偏析する遊離炭素を原因とする上記第１の箇所または第２の箇所での配線金属層１１の剥離が生じないことが確認された。

また、実施例と比較例とでは、オーミック電極７を形成するための熱処理条件が異なるのみであるが、上記検証１，２に記載したように、実施例でのみ本発明の効果が得られるという異なる検証結果となった。このことから、オーミック電極７を形成するための熱処理条件を設定するにあたって関係してくる因子、すなわちオーミック電極７の材質や厚さ、およびオーミック電極７を形成するための熱処理条件のバランスをとることにより、オーミック電極７中の炭素原子のピーク原子濃度を６０ａｔｍ％未満にすることができることがわかる。

以上、説明したように、実施の形態１によれば、オーミック電極中の炭素原子のピーク原子濃度を６０ａｔｍ％未満にすることで、オーミック電極を形成する際に、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素が増加することを防止することができる。これにより、オーミック電極の表面および内部に遊離炭素を含む副生成物が生成または偏析することを防止することができ、オーミック電極の脆化や剥離を防止することができる。また、実施の形態１によれば、オーミック電極７の厚さを１００ｎｍ以上とすることにより、コンタクト抵抗の低い良好なオーミック電極を形成することができる。したがって、良好なオーミック特性を示し、かつ剥離が生じないオーミック電極を形成することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、ｎ⁺型炭化珪素基板１の裏面に第１金属層として形成されたニッケル層と、第１金属層上に第１金属層と異なる電極材料を用いて形成された第２金属層とからなる積層膜をシリサイド化してオーミック電極７を形成する点である。第２金属層は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタンまたはクロム（Ｃｒ）からなる金属層、もしくはこれらの金属を１つ以上含む金属化合物層であるのがよい。

実施の形態２においては、熱処理により、第１金属層（ニッケル層）中のニッケル原子がｎ⁺型炭化珪素基板１中のシリコン原子と結合（ニッケル層とｎ⁺型炭化珪素基板１との反応）し、実施の形態１と同様にニッケルシリサイドからなるオーミック電極７が形成される。このとき、ｎ⁺型炭化珪素基板１から遊離した余剰の炭素原子（遊離炭素）がオーミック電極７中に拡散するが、オーミック電極７中に拡散した炭素原子は第２金属層中の金属原子と結合して金属炭化物となる。すなわち、第１金属層および第２金属層が順に積層されてなる積層膜をシリサイド化してオーミック電極７を形成することにより、オーミック電極７中の遊離炭素を低減させることができる。これによって、より確実にオーミック電極７の脆化や剥離を防止することができる。

以上、説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

以上において本発明は種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や表面濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態においては、炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を堆積した炭化珪素エピタキシャル基板を用いた場合を例に説明しているが、これに限らず、例えばデバイスを構成するすべての領域が炭化珪素基板の内部に形成されたイオン注入領域であってもよい。また、上述した各実施の形態においては、炭化珪素基板の（０００−１）面をおもて面とした場合を例に説明しているが、炭化珪素基板の（０００１）面をおもて面としてもよい。また、上述した各実施の形態においては、炉アニールによってオーミック電極を形成する場合を例に説明しているが、これに限らず、例えばレーザーアニールやランプアニール、誘導加熱によってオーミック電極を形成してもよい。

また、上述した各実施の形態においては、ショットキーバリアダイオードを作製する場合を例に説明しているが、これに限らず、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）や、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などを作製可能である。すなわち、本願発明は、炭化珪素基板のおもて面にオーミック電極を形成する場合にも適用可能である。また、本発明は、導電型を反転させても同様に成り立つ。

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、炭化珪素基板の表面にオーミック電極を備えた半導体装置に有用であり、特に炭化珪素基板の裏面にオーミック電極を備えたパワー半導体装置に適している。

１ｎ⁺型炭化珪素基板
２ｎ^-型ドリフト層
３チャネルストッパー用のｎ型領域
４終端構造用のｐ型領域
５ＦＬＲ構造用のｐ型領域
６フィールド酸化膜
７オーミック電極
８ショットキー電極
９電極パッド
１０パッシベーション膜
１１配線金属層

Claims

炭化珪素からなる半導体基板の表面にニッケルからなる金属層を形成する金属層形成工程と、
熱処理により前記金属層と前記半導体基板とを反応させて、前記金属層と前記半導体基板との界面に、オーミック特性を示す電極を形成する熱処理工程と、
を含み、
前記電極の厚さは１００ｎｍ以上であり、
前記熱処理工程では、前記電極を形成する際に前記半導体基板から前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を５１ａｔｍ％以上６０ａｔｍ％未満にし、
前記金属層形成工程は、
前記半導体基板の表面に、ニッケルからなる第１金属層を形成する工程と、
前記第１金属層の表面に、モリブデン、タンタル、チタンおよびクロムのいずれか一つ以上の金属からなる第２金属層を形成する工程と、を含み、前記第１金属層および前記第２金属層が順に堆積されてなる前記金属層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。
前記熱処理工程では、前記電極の内部に拡散された炭素原子の、前記電極の厚さ方向の原子濃度分布のピーク値を５５ａｔｍ％以上５８ａｔｍ％未満に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。
前記金属層形成工程では、前記半導体基板の（０００１）面に前記金属層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。