JPH07245276A - 炭化けい素電子デバイスの製造方法 - Google Patents
炭化けい素電子デバイスの製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＳｉＣ基体上にＮｉ電極を設けると、熱処理中
にＮｉとＳｉおよびＣの相互拡散により、電極部の接触
抵抗が増大する問題を解決する。 【構成】ＳｉＣ基体の上に直接Ｎｉ電極を形成せず、Ｗ
あるいはＷ−Ｓｉ合金からなる中間層を介在させること
により、相互拡散を阻止することができ、高温保持でも
接触抵抗の増大しない安定な電極をもつＳｉＣ電子デバ
イスが得られる。Ｎｉ層の上にＡｕ層を積層すれば、ボ
ンディングが容易になる。
にＮｉとＳｉおよびＣの相互拡散により、電極部の接触
抵抗が増大する問題を解決する。 【構成】ＳｉＣ基体の上に直接Ｎｉ電極を形成せず、Ｗ
あるいはＷ−Ｓｉ合金からなる中間層を介在させること
により、相互拡散を阻止することができ、高温保持でも
接触抵抗の増大しない安定な電極をもつＳｉＣ電子デバ
イスが得られる。Ｎｉ層の上にＡｕ層を積層すれば、ボ
ンディングが容易になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化けい素 (以下Ｓｉ
Ｃと記す) の半導体基体上に金属を堆積して熱処理を施
すことにより形成された電極を有するＳｉＣ電子デバイ
スの製造方法に関する。
Ｃと記す) の半導体基体上に金属を堆積して熱処理を施
すことにより形成された電極を有するＳｉＣ電子デバイ
スの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在Ｓｉを用いたパワー・デバイスは高
周波大電力の制御を目的として開発が行われ、各種の構
造的工夫により、高性能化が進められてきた。しかし、
これも理論的な限界に近づきつつある。また、パワー・
デバイスは高温や放射線等の悪環境下における動作を要
求されることが多いが、Ｓｉにおいてはこのようなデバ
イスは実現できない。このように、より高性能化を達成
しようとするためには新しい材料の適用が必要である。
以上の要求に対してＳｉＣは６Ｈ型で2.９３ｅＶの広い
禁制帯幅を持つため、高温での電気伝導制御や耐放射線
性に優れ、Ｓｉより約１桁高い絶縁破壊電界は高耐圧デ
バイスへの適用を可能とし、さらにＳｉの約２倍の電子
の飽和ドリフト速度は高周波大電力制御を可能とするの
で、ＳｉＣは高周波大電力制御に期待できる半導体材料
である。
周波大電力の制御を目的として開発が行われ、各種の構
造的工夫により、高性能化が進められてきた。しかし、
これも理論的な限界に近づきつつある。また、パワー・
デバイスは高温や放射線等の悪環境下における動作を要
求されることが多いが、Ｓｉにおいてはこのようなデバ
イスは実現できない。このように、より高性能化を達成
しようとするためには新しい材料の適用が必要である。
以上の要求に対してＳｉＣは６Ｈ型で2.９３ｅＶの広い
禁制帯幅を持つため、高温での電気伝導制御や耐放射線
性に優れ、Ｓｉより約１桁高い絶縁破壊電界は高耐圧デ
バイスへの適用を可能とし、さらにＳｉの約２倍の電子
の飽和ドリフト速度は高周波大電力制御を可能とするの
で、ＳｉＣは高周波大電力制御に期待できる半導体材料
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のようなＳｉＣの
優れた材料特性をパワー・デバイスに応用しようとする
際、ｎ形ＳｉＣ上へのオーム性接触電極材料としてＮｉ
が使われている。しかしながら、真空蒸着法等でＮｉを
ｎ形ＳｉＣ上に堆積しただけでは金属と半導体の界面に
ショットキー障壁が形成されて整流性を示し、オーム性
を示さない。熱処理を施してＮｉのＳｉＣ中への拡散と
ＳｉＣ中のＮｉ中への拡散を促すことによって、はじめ
てオーム性接触電極を得ることができる。しかし、この
ためには１０００℃以上の高温で熱処理を行わなければ
ならいな欠点があった。また、熱処理中に、ＮｉとＳｉ
Ｃ中のＳｉは相互に拡散してけい化ニッケルを形成する
が、ＳｉＣ中のＣは、Ｊ. Ｂ.Petit、et al.Mat.Res.So
c.Symp.Proc.vol.242 巻 (１９９２) ｐ. ５６７に記載
のように、Ｎｉ電極の表面に拡散してグラファイトとし
て析出してしまい、あるいは長時間の高温保持によって
ＮｉがＳｉＣ内部へ拡散し続け、これらによって電極の
接触抵抗が増大するという欠点があった。
優れた材料特性をパワー・デバイスに応用しようとする
際、ｎ形ＳｉＣ上へのオーム性接触電極材料としてＮｉ
が使われている。しかしながら、真空蒸着法等でＮｉを
ｎ形ＳｉＣ上に堆積しただけでは金属と半導体の界面に
ショットキー障壁が形成されて整流性を示し、オーム性
を示さない。熱処理を施してＮｉのＳｉＣ中への拡散と
ＳｉＣ中のＮｉ中への拡散を促すことによって、はじめ
てオーム性接触電極を得ることができる。しかし、この
ためには１０００℃以上の高温で熱処理を行わなければ
ならいな欠点があった。また、熱処理中に、ＮｉとＳｉ
Ｃ中のＳｉは相互に拡散してけい化ニッケルを形成する
が、ＳｉＣ中のＣは、Ｊ. Ｂ.Petit、et al.Mat.Res.So
c.Symp.Proc.vol.242 巻 (１９９２) ｐ. ５６７に記載
のように、Ｎｉ電極の表面に拡散してグラファイトとし
て析出してしまい、あるいは長時間の高温保持によって
ＮｉがＳｉＣ内部へ拡散し続け、これらによって電極の
接触抵抗が増大するという欠点があった。
【０００４】本発明の目的は、上述の欠点を除去し、電
極中のＮｉとＳｉＣ中のＳｉおよびＣの相互拡散を防止
できるＳｉＣ電子デバイスの製造方法を提供することに
ある。
極中のＮｉとＳｉＣ中のＳｉおよびＣの相互拡散を防止
できるＳｉＣ電子デバイスの製造方法を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の本発明のＳｉＣ電子デバイスの製
造方法は、ｎ形ＳｉＣ基体上にＷ層を介して少なくとも
Ｗ層側がＮｉ層である導電性金属層を積層したのち、熱
処理を施して電極を形成するものとする。熱処理温度が
１１００℃以上、１３００℃以下であることが有効であ
る。請求項３記載の本発明のＳｉＣ電子デバイスの製造
方法は、ｎ形ＳｉＣ基体上にＷ−Ｓｉ合金層を介して少
なくともＷ層側がＮｉ層である導電性金属層を積層した
のち、熱処理を施して電極を形成するものとする。その
際、Ｗ−Ｓｉ合金のＷの組成が２５原子％以上、６７原
子％以下であることが良い。また、熱処理温度が８００
℃以上、１３００℃以下であることが有効である。
めに、請求項１記載の本発明のＳｉＣ電子デバイスの製
造方法は、ｎ形ＳｉＣ基体上にＷ層を介して少なくとも
Ｗ層側がＮｉ層である導電性金属層を積層したのち、熱
処理を施して電極を形成するものとする。熱処理温度が
１１００℃以上、１３００℃以下であることが有効であ
る。請求項３記載の本発明のＳｉＣ電子デバイスの製造
方法は、ｎ形ＳｉＣ基体上にＷ−Ｓｉ合金層を介して少
なくともＷ層側がＮｉ層である導電性金属層を積層した
のち、熱処理を施して電極を形成するものとする。その
際、Ｗ−Ｓｉ合金のＷの組成が２５原子％以上、６７原
子％以下であることが良い。また、熱処理温度が８００
℃以上、１３００℃以下であることが有効である。
【０００６】
【作用】ｎ形ＳｉＣとＮｉ層の間にＷ層またはＷ−Ｓｉ
合金層を設けると、熱処理によってＷまたはＷ−Ｓｉ合
金の一部がＳｉＣ中のＣと反応して炭化タングステンを
形成する。この炭化タングステンにより、熱処理を続け
てもＣ、ＳｉやＮｉの拡散は阻止され、相互拡散のない
熱的に安定な金属／半導体界面を得ることができる。熱
処理温度は、中間層がＷ層のときは１１００℃以上にな
らないとＷとＳｉの合金が生ぜず、Ｗ−Ｓｉ合金層のと
きには８００℃未満ではＮｉとＷ−Ｓｉとが合金せず、
いずれの場合も１３００℃を超えるとＮｉが蒸発する。
合金層を設けると、熱処理によってＷまたはＷ−Ｓｉ合
金の一部がＳｉＣ中のＣと反応して炭化タングステンを
形成する。この炭化タングステンにより、熱処理を続け
てもＣ、ＳｉやＮｉの拡散は阻止され、相互拡散のない
熱的に安定な金属／半導体界面を得ることができる。熱
処理温度は、中間層がＷ層のときは１１００℃以上にな
らないとＷとＳｉの合金が生ぜず、Ｗ−Ｓｉ合金層のと
きには８００℃未満ではＮｉとＷ−Ｓｉとが合金せず、
いずれの場合も１３００℃を超えるとＮｉが蒸発する。
【０００７】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。 実施例１：図１に示すように、ｎ形ＳｉＣ基板１の上に
ＲＦマグネトロン・スパッタ法により厚さが２０ｎｍの
Ｗ層２をスパッタ蒸着をし、つづいて厚さが３００ｎｍ
のＮｉ層３をスパッタ蒸着をした後、真空中で１２００
℃で５分間の合金化処理をして電極を形成した。同一Ｓ
ｉＣ基板上に形成した同じ構成の電極間の電流−電圧特
性を測定したところ、合金化処理前には図２の線２１の
ように整流性を示していたものが、合金化により線２２
のように完全なオーム性を示すようになった。比較のた
めに、Ｎｉだけからなる電極とＷだけからなる電極の電
流−電圧特性も図３、図４に示す。
述べる。 実施例１：図１に示すように、ｎ形ＳｉＣ基板１の上に
ＲＦマグネトロン・スパッタ法により厚さが２０ｎｍの
Ｗ層２をスパッタ蒸着をし、つづいて厚さが３００ｎｍ
のＮｉ層３をスパッタ蒸着をした後、真空中で１２００
℃で５分間の合金化処理をして電極を形成した。同一Ｓ
ｉＣ基板上に形成した同じ構成の電極間の電流−電圧特
性を測定したところ、合金化処理前には図２の線２１の
ように整流性を示していたものが、合金化により線２２
のように完全なオーム性を示すようになった。比較のた
めに、Ｎｉだけからなる電極とＷだけからなる電極の電
流−電圧特性も図３、図４に示す。
【０００８】図４に示すＷ電極の場合は、処理前の線４
１も、合金化処理後の線４２も整流性を示し、完全なオ
ーム性を示さない。一方、図３に示すＮｉ電極の場合
は、図２の場合と同様に合金化処理後の線３２は完全な
オーム性を示す。しかし、図１に示す本発明の実施例の
Ｎｉ／Ｗ電極とＮｉ電極との接触抵抗をＫ. Kuphal、So
lid State Electronics ２４巻 (１９８１) ｐ. ６９に
記載の方法で測定したところ、表１に示すように、合金
化処理後には同等の値であったのに対し、真空中で９０
０℃、４８時間保持したあとでは、Ｎｉのみの電極では
接触抵抗が５倍に増加していた。
１も、合金化処理後の線４２も整流性を示し、完全なオ
ーム性を示さない。一方、図３に示すＮｉ電極の場合
は、図２の場合と同様に合金化処理後の線３２は完全な
オーム性を示す。しかし、図１に示す本発明の実施例の
Ｎｉ／Ｗ電極とＮｉ電極との接触抵抗をＫ. Kuphal、So
lid State Electronics ２４巻 (１９８１) ｐ. ６９に
記載の方法で測定したところ、表１に示すように、合金
化処理後には同等の値であったのに対し、真空中で９０
０℃、４８時間保持したあとでは、Ｎｉのみの電極では
接触抵抗が５倍に増加していた。
【０００９】
【表１】 そこで、オージェ電子分光法 (ＡＥＳ) で深さ方向の元
素分布を測定した。Ｗ層２を介在させない従来の電極で
は、図５に示すように、Ｎｉ電極は合金化処理をすると
ＳｉとＣがＮｉ中に拡散し、ＮｉはＳｉＣ中に相互拡散
していることが分かった。さらに、線５１のように遊離
したＣがＮｉ電極表面に析出していることが分かる。９
００℃で４８時間保持後には、従来法のＮｉ電極では、
図６に示すように拡散がさらに進んでいることが分かっ
た。Ｍ. Ｍ.Rahmcn ほか編の書籍" Amorphous and Crys
talline Silicon Carbide and Related Matersals II "
Springer-Verlag社刊 (１９８９) ｐ２２４に記載され
ているように、ＷはＳｉＣと反応してけい化物や炭化物
を形成し、この反応は熱処理の初期にのみおき長時間高
温に保持しても拡散は起きないことが分かっている。
素分布を測定した。Ｗ層２を介在させない従来の電極で
は、図５に示すように、Ｎｉ電極は合金化処理をすると
ＳｉとＣがＮｉ中に拡散し、ＮｉはＳｉＣ中に相互拡散
していることが分かった。さらに、線５１のように遊離
したＣがＮｉ電極表面に析出していることが分かる。９
００℃で４８時間保持後には、従来法のＮｉ電極では、
図６に示すように拡散がさらに進んでいることが分かっ
た。Ｍ. Ｍ.Rahmcn ほか編の書籍" Amorphous and Crys
talline Silicon Carbide and Related Matersals II "
Springer-Verlag社刊 (１９８９) ｐ２２４に記載され
ているように、ＷはＳｉＣと反応してけい化物や炭化物
を形成し、この反応は熱処理の初期にのみおき長時間高
温に保持しても拡散は起きないことが分かっている。
【００１０】一方、本発明の実施例の電極の分析結果
は、図７に合金化処理後、図８に９００℃で４８時間保
持後を示すように、ＷはＳｉＣと反応して界面にけい化
物や炭化物が生成していてＮｉとＳｉＣの相互拡散が阻
止されていた。また、高温に長時間保持後もその深さ方
向の分布に変化はなく、安定な電極を供給することがで
きた。
は、図７に合金化処理後、図８に９００℃で４８時間保
持後を示すように、ＷはＳｉＣと反応して界面にけい化
物や炭化物が生成していてＮｉとＳｉＣの相互拡散が阻
止されていた。また、高温に長時間保持後もその深さ方
向の分布に変化はなく、安定な電極を供給することがで
きた。
【００１１】実施例２：図９に示すようにｎ形ＳｉＣ１
上にＲＦマグネトロンスパッタ法によりＷとＳｉがＷＳ
ｉ2 に対応する３３：６７の原子比になるように同時に
スパッタ蒸着して厚さ２０ｎｍのＷ−Ｓｉ合金層４を得
た。次いで厚さ３００ｎｍのＮｉ層３をスパッタ蒸着に
より形成した。
上にＲＦマグネトロンスパッタ法によりＷとＳｉがＷＳ
ｉ2 に対応する３３：６７の原子比になるように同時に
スパッタ蒸着して厚さ２０ｎｍのＷ−Ｓｉ合金層４を得
た。次いで厚さ３００ｎｍのＮｉ層３をスパッタ蒸着に
より形成した。
【００１２】実施例１の試料とこのようにして得た実施
例２の試料の電流−電圧特性を測定した。次いで、５０
０℃で２０分間合金化処理して再び電流−電圧特性を測
定した。次いで１００℃ずつ合金化処理温度を上げてい
き、電流−電圧特性の変化を測定した。その結果、実施
例１も実施例２もスパッタ蒸着後は同様の整流性の高い
電流−電圧特性を示した。５００℃でアニールした後に
は整流性はあるものの電流が流れ易くなった。６００
℃、７００℃でも同様の傾向があった。８００℃の合金
化処理を施すと実施例２ではオーム性を示すようになっ
た。さらに９００℃で合金化処理を施すと接触抵抗は1.
１ｍΩｃｍ2 になり、１２００℃で合金化処理した実施
例１と同等の接触抵抗を示した。また、ＷとＳｉの原子
比を変えて同様の実験を行ったところ、Ｗの組成がＷＳ
ｉ2 に相当する原子％以上でかつＷ 2 Ｓｉに相当する６
７％以下であるＷ−Ｓｉ合金層が厚さ１０ｎｍから８０
０ｎｍの範囲では良好なオーム性が低温で得られること
が分かった。
例２の試料の電流−電圧特性を測定した。次いで、５０
０℃で２０分間合金化処理して再び電流−電圧特性を測
定した。次いで１００℃ずつ合金化処理温度を上げてい
き、電流−電圧特性の変化を測定した。その結果、実施
例１も実施例２もスパッタ蒸着後は同様の整流性の高い
電流−電圧特性を示した。５００℃でアニールした後に
は整流性はあるものの電流が流れ易くなった。６００
℃、７００℃でも同様の傾向があった。８００℃の合金
化処理を施すと実施例２ではオーム性を示すようになっ
た。さらに９００℃で合金化処理を施すと接触抵抗は1.
１ｍΩｃｍ2 になり、１２００℃で合金化処理した実施
例１と同等の接触抵抗を示した。また、ＷとＳｉの原子
比を変えて同様の実験を行ったところ、Ｗの組成がＷＳ
ｉ2 に相当する原子％以上でかつＷ 2 Ｓｉに相当する６
７％以下であるＷ−Ｓｉ合金層が厚さ１０ｎｍから８０
０ｎｍの範囲では良好なオーム性が低温で得られること
が分かった。
【００１３】実施例３：図１の実施例１のＮｉ層３の上
に、図１０に示すように厚さ３００ｎｍのＡｕをさらに
スパッタ蒸着してＡｕ表面層５を形成した電極において
も同様の結果を得ることができた。図９の実施例２のＮ
ｉ層３の上にＡｕ表面層を形成しても同様の結果を得る
ことができた。この構成にすると電極へのボンディング
加工が容易になる。
に、図１０に示すように厚さ３００ｎｍのＡｕをさらに
スパッタ蒸着してＡｕ表面層５を形成した電極において
も同様の結果を得ることができた。図９の実施例２のＮ
ｉ層３の上にＡｕ表面層を形成しても同様の結果を得る
ことができた。この構成にすると電極へのボンディング
加工が容易になる。
【００１４】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、Ｎｉ層
とＳｉＣ基体の中間にＷ層を設け合金化処理することに
より、ＮｉとＳｉおよびＣとの相互拡散が阻止されてＳ
ｉＣ電子デバイスの高温で安定な電極を得ることができ
た。また、請求項３記載の本発明によりこの中間層をＷ
−Ｓｉ合金に置き換えることにより、同様の効果を得る
ことができるだけでなく、合金化処理が低温でできると
いう利点がある。
とＳｉＣ基体の中間にＷ層を設け合金化処理することに
より、ＮｉとＳｉおよびＣとの相互拡散が阻止されてＳ
ｉＣ電子デバイスの高温で安定な電極を得ることができ
た。また、請求項３記載の本発明によりこの中間層をＷ
−Ｓｉ合金に置き換えることにより、同様の効果を得る
ことができるだけでなく、合金化処理が低温でできると
いう利点がある。
【図１】本発明の実施例１のＳｉＣ電子デバイス電極の
断面図
断面図
【図２】図１の電極の電流・電圧特性線図
【図３】Ｎｉ層、ＳｉＣ層接触の電流・電圧特性線図
【図４】Ｗ層、ＳｉＣ接触の電流・電圧特性線図
【図５】従来のＮｉ電極の合金化処理後の深さ方向の元
素濃度分布線図
素濃度分布線図
【図６】図５の電極の高温保持後の深さ方向の元素濃度
分布線図
分布線図
【図７】図１の電極の合金化処理後の深さ方向の元素濃
度分布線図
度分布線図
【図８】図７の電極の高温保持後の深さ方向の元素濃度
分布線図
分布線図
【図９】本発明の実施例２のＳｉＣ電子デバイス電極の
断面図
断面図
【図１０】本発明の実施例３のＳｉＣ電子デバイス電極
の断面図
の断面図
１ ＳｉＣ基板 ２ Ｗ層 ３ Ｎｉ層 ４ Ｗ−Ｓｉ合金層 ５ Ａｕ層
Claims (5)
- 【請求項１】ｎ形炭化けい素基体上にタングステン層を
介して少なくともタングステン層側がニッケル層である
導電性金属層を積層したのち、熱処理を施して電極を形
成する炭化けい素電子デバイスの製造方法。 - 【請求項２】熱処理温度が１１００℃以上、１３００℃
以下である請求項１記載の炭化けい素電子デバイスの製
造方法。 - 【請求項３】ｎ形炭化けい素基体上にタングステン・け
い素合金層を介して少なくともタングステン層側がニッ
ケル層である導電性金属層を積層したのち、熱処理を施
して電極を形成する炭化けい素電子デバイスの製造方
法。 - 【請求項４】タングステン・けい素合金のタングステン
の組成が２５原子％以上、６７原子％以下である請求項
３記載の炭化けい素電子デバイスの製造方法。 - 【請求項５】熱処理温度が８００℃以上、１３００℃以
下である請求項３あるいは４記載の炭化けい素電子デバ
イスの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP06033983A JP3085078B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 炭化けい素電子デバイスの製造方法 |
| US08/396,147 US5502003A (en) | 1994-03-04 | 1995-03-01 | Silicon carbide electronic device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06033983A JP3085078B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 炭化けい素電子デバイスの製造方法 |
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| JP3085078B2 JP3085078B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=12401726
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP06033983A Expired - Lifetime JP3085078B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 炭化けい素電子デバイスの製造方法 |
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| JP (1) | JP3085078B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| SE504916C2 (sv) * | 1995-01-18 | 1997-05-26 | Ericsson Telefon Ab L M | Förfarande för att åstadkomma en ohmsk kontakt jämte halvledarkomponent försedd med dylik ohmsk kontakt |
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| US5323022A (en) * | 1992-09-10 | 1994-06-21 | North Carolina State University | Platinum ohmic contact to p-type silicon carbide |
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1994
- 1994-03-04 JP JP06033983A patent/JP3085078B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-01 US US08/396,147 patent/US5502003A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Publication date |
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