JPH09283738A - ｎ型ＳｉＣ用オーミック電極とその製造方法 - Google Patents
ｎ型ＳｉＣ用オーミック電極とその製造方法Info
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- JPH09283738A JPH09283738A JP8806996A JP8806996A JPH09283738A JP H09283738 A JPH09283738 A JP H09283738A JP 8806996 A JP8806996 A JP 8806996A JP 8806996 A JP8806996 A JP 8806996A JP H09283738 A JPH09283738 A JP H09283738A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｎ型ＳｉＣのオーミック電極における接触抵
抗の低減、耐熱安定性の向上を図る。 【解決手段】 ｎ型ＳｉＣ１上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉもし
くはＺｒの窒化物の単体または混合物２を配し、その上
に窒素が暫時変化する遷移層３を配し、その上にＨｆ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＶもしくはＷの単体または混合物４
を配してなるオーミック電極。
抗の低減、耐熱安定性の向上を図る。 【解決手段】 ｎ型ＳｉＣ１上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉもし
くはＺｒの窒化物の単体または混合物２を配し、その上
に窒素が暫時変化する遷移層３を配し、その上にＨｆ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＶもしくはＷの単体または混合物４
を配してなるオーミック電極。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧・大電流を
扱う電力用半導体素子または高温・放射線環境下で使用
する耐環境用半導体素子として利用されるＳｉＣ半導体
において、ｎ型ＳｉＣに対して接触抵抗が低く、かつ高
温環境下での安定性に優れたオーミック電極を提供する
ものである。
扱う電力用半導体素子または高温・放射線環境下で使用
する耐環境用半導体素子として利用されるＳｉＣ半導体
において、ｎ型ＳｉＣに対して接触抵抗が低く、かつ高
温環境下での安定性に優れたオーミック電極を提供する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子において、オーミック電極は
電流を半導体に流す上で不可欠な構成要素の１つであ
る。特にＳｉＣ半導体が用いられる高電圧・大電流を扱
う電力用半導体素子または高温環境下で使用する耐環境
用半導体素子においては、接触抵抗が低く、かつ高温環
境下での安定性に優れたオーミック電極が必要である。
電流を半導体に流す上で不可欠な構成要素の１つであ
る。特にＳｉＣ半導体が用いられる高電圧・大電流を扱
う電力用半導体素子または高温環境下で使用する耐環境
用半導体素子においては、接触抵抗が低く、かつ高温環
境下での安定性に優れたオーミック電極が必要である。
【０００３】一般に半導体に対するオーミック電極の形
成に当たっては、１）該半導体に対するショットキー障
壁が低い材料を電極材料として用いる方法、２）半導体
表面を不純物導入により予め高ドープ状態にした後に電
極材料を付与する方法、３）該半導体に容易に拡散し表
層に高ドープ領域を形成する材料を電極材料として用い
る方法が用いられている。オーミック電極形成の多くの
場合、半導体に電極材料を付与した後に熱処理を行う
が、これは電極／半導体界面にショットキー障壁が低い
化合物の生成を助成し上述の機構１）の実現を図るか、
あるいは、半導体表面に付与した材料の半導体内部への
拡散を助成し上述の機構３）の実現を図るために行われ
るものである。機構２）の具体例としてはＳｉに対する
オーミック電極が挙げられる。この場合、オーミック電
極形成部位のＳｉを全て高ドープ化する必要があるが、
Ｓｉに対する不純物導入技術の完成度の高さを考慮すれ
ば容易なことであり、現在Ｓｉ半導体装置作製において
広く用いられている。機構３）の具体例として、ｎ型Ｇ
ａＡｓに対するＡｕＧｅ合金によるオーミック電極が挙
げられる。この場合、５００℃における熱処理中に生成
したＧａ格子位置の空孔にＧｅが拡散しＧａＡｓ表層が
高ドープ状態になりトンネル電流によりオーミック性が
確保される。
成に当たっては、１）該半導体に対するショットキー障
壁が低い材料を電極材料として用いる方法、２）半導体
表面を不純物導入により予め高ドープ状態にした後に電
極材料を付与する方法、３）該半導体に容易に拡散し表
層に高ドープ領域を形成する材料を電極材料として用い
る方法が用いられている。オーミック電極形成の多くの
場合、半導体に電極材料を付与した後に熱処理を行う
が、これは電極／半導体界面にショットキー障壁が低い
化合物の生成を助成し上述の機構１）の実現を図るか、
あるいは、半導体表面に付与した材料の半導体内部への
拡散を助成し上述の機構３）の実現を図るために行われ
るものである。機構２）の具体例としてはＳｉに対する
オーミック電極が挙げられる。この場合、オーミック電
極形成部位のＳｉを全て高ドープ化する必要があるが、
Ｓｉに対する不純物導入技術の完成度の高さを考慮すれ
ば容易なことであり、現在Ｓｉ半導体装置作製において
広く用いられている。機構３）の具体例として、ｎ型Ｇ
ａＡｓに対するＡｕＧｅ合金によるオーミック電極が挙
げられる。この場合、５００℃における熱処理中に生成
したＧａ格子位置の空孔にＧｅが拡散しＧａＡｓ表層が
高ドープ状態になりトンネル電流によりオーミック性が
確保される。
【０００４】一方、機構１）の具体例としてはｎ型Ｓｉ
Ｃに対するオーミック電極が挙げられる。これまでに報
告されているオーミック電極はＳｉＣと付与した電極用
単体金属または合金を高温で熱処理し、ＳｉＣ中のＳｉ
と金属を反応させ電極／ＳｉＣ界面にショットキー障壁
の低いシリサイド層を形成しオーミック性を確保するも
のであった。これまでにシリサイドを形成しオーミック
電極を形成するために用いられた金属はＮｉ、Ｃｏ、Ｍ
ｏ、Ｗなどが挙げられる。ＮｉについてはＡ．Ｖ．Ｎａ
ｕｍｏｖらがＳｏｖ．Ｐｈｙｓ． Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄ．、１９８７、ｖｏｌ．２１ ｐ３７７で技術開示し
ている。Ａ．Ｖ．Ｎａｕｍｏｖらはまず試料にＮｉ膜を
蒸着し、不活性雰囲気または真空中で１０００℃以上で
５〜３０分間熱処理を行いオーミック電極を形成してい
る。また、Ｃｏについては、Ｌ．Ｍ．Ｐｏｒｔｅｒらが
Ｐｒｏｃ．ｏｆ ５ｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉ
ｄｅａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃ
ｏｎｆ．、１９９３、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ，ｐ
５８１に、ＭｏについてはＨ．Ｊ．Ｃｈｏらが同上、ｐ
６６３に、ＷについてはＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅ
ｓｔｓ ｏｆ Ｉｎｔ’ｌ Ｃｏｎｆ．ｏｎ ＳｉＣ
ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１９９
５、Ｋｙｏｔｏ、ｐ３７９に技術開示しているが、熱処
理により電極／ＳｉＣ界面に各金属種のシリサイドを形
成してオーミック電極を作製している点で共通である。
しかしながら、シリサイドを利用する方法においては、
ＳｉＣのうちＳｉが選択的に反応することの結果として
発生する残留Ｃの問題が恒に伴う。例えば、Ｎｉによる
オーミック電極の場合には、Ｊ．Ｂ．ＰｅｔｉｔらがＭ
ａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、１９９
２、Ｖｏｌ．２４２、ｐ５６７に記載するように高温環
境下でＮｉ／ＳｉＣ構造で炭素が析出し接触抵抗が上昇
するという問題が存在し、シリサイドによるオーミック
電極を電力用素子および耐環境用半導体素子の電極とし
て用いるのは適当でない。
Ｃに対するオーミック電極が挙げられる。これまでに報
告されているオーミック電極はＳｉＣと付与した電極用
単体金属または合金を高温で熱処理し、ＳｉＣ中のＳｉ
と金属を反応させ電極／ＳｉＣ界面にショットキー障壁
の低いシリサイド層を形成しオーミック性を確保するも
のであった。これまでにシリサイドを形成しオーミック
電極を形成するために用いられた金属はＮｉ、Ｃｏ、Ｍ
ｏ、Ｗなどが挙げられる。ＮｉについてはＡ．Ｖ．Ｎａ
ｕｍｏｖらがＳｏｖ．Ｐｈｙｓ． Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄ．、１９８７、ｖｏｌ．２１ ｐ３７７で技術開示し
ている。Ａ．Ｖ．Ｎａｕｍｏｖらはまず試料にＮｉ膜を
蒸着し、不活性雰囲気または真空中で１０００℃以上で
５〜３０分間熱処理を行いオーミック電極を形成してい
る。また、Ｃｏについては、Ｌ．Ｍ．Ｐｏｒｔｅｒらが
Ｐｒｏｃ．ｏｆ ５ｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉ
ｄｅａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃ
ｏｎｆ．、１９９３、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ，ｐ
５８１に、ＭｏについてはＨ．Ｊ．Ｃｈｏらが同上、ｐ
６６３に、ＷについてはＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅ
ｓｔｓ ｏｆ Ｉｎｔ’ｌ Ｃｏｎｆ．ｏｎ ＳｉＣ
ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１９９
５、Ｋｙｏｔｏ、ｐ３７９に技術開示しているが、熱処
理により電極／ＳｉＣ界面に各金属種のシリサイドを形
成してオーミック電極を作製している点で共通である。
しかしながら、シリサイドを利用する方法においては、
ＳｉＣのうちＳｉが選択的に反応することの結果として
発生する残留Ｃの問題が恒に伴う。例えば、Ｎｉによる
オーミック電極の場合には、Ｊ．Ｂ．ＰｅｔｉｔらがＭ
ａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、１９９
２、Ｖｏｌ．２４２、ｐ５６７に記載するように高温環
境下でＮｉ／ＳｉＣ構造で炭素が析出し接触抵抗が上昇
するという問題が存在し、シリサイドによるオーミック
電極を電力用素子および耐環境用半導体素子の電極とし
て用いるのは適当でない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ｎ型ＳｉＣ半導体にお
いて、接触抵抗が低く、高温環境下で安定なオーミック
電極を提供し、高電圧・大電流を扱う電力用半導体素子
または高温環境下で使用する耐環境用半導体素子を実現
する。
いて、接触抵抗が低く、高温環境下で安定なオーミック
電極を提供し、高電圧・大電流を扱う電力用半導体素子
または高温環境下で使用する耐環境用半導体素子を実現
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、（１）
ｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極において、ｎ
型ＳｉＣ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒの窒化物の
単体または混合物からなる膜を配置し、該膜上にＨｆ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの単体または混合物か
らなる金属膜を配置したことを特徴とするオーミック電
極により達成される。
ｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極において、ｎ
型ＳｉＣ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒの窒化物の
単体または混合物からなる膜を配置し、該膜上にＨｆ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの単体または混合物か
らなる金属膜を配置したことを特徴とするオーミック電
極により達成される。
【０００７】また、本発明の目的は、（２） 前記窒化
物膜と金属の間に、窒化物膜から金属に向かうにつれて
Ｎ含有量が漸次変化する遷移層を配したことを特徴とす
る上記（１）に示すｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック
電極によっても達成される。
物膜と金属の間に、窒化物膜から金属に向かうにつれて
Ｎ含有量が漸次変化する遷移層を配したことを特徴とす
る上記（１）に示すｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック
電極によっても達成される。
【０００８】さらに、本発明の目的は、（３） 前記窒
化物としてＴｉＮを、前記金属としてＴｉを用いたこと
を特徴とする上記（１）または（２）に示すｎ型ＳｉＣ
半導体装置のオーミック電極によっても達成される。
化物としてＴｉＮを、前記金属としてＴｉを用いたこと
を特徴とする上記（１）または（２）に示すｎ型ＳｉＣ
半導体装置のオーミック電極によっても達成される。
【０００９】本発明の他の目的は、（４） ｎ型ＳｉＣ
半導体装置のオーミック電極の形成方法において、Ｓｉ
Ｃ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒの窒化物の単体ま
たは混合物からなる膜を形成し、次いでその上にＨｆ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの単体または混合物か
らなる金属膜を形成し、さらに不活性雰囲気または真空
中にて熱処理を行うことを特徴とするｎ型ＳｉＣ半導体
装置のオーミック電極の形成方法により達成される。
半導体装置のオーミック電極の形成方法において、Ｓｉ
Ｃ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒの窒化物の単体ま
たは混合物からなる膜を形成し、次いでその上にＨｆ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの単体または混合物か
らなる金属膜を形成し、さらに不活性雰囲気または真空
中にて熱処理を行うことを特徴とするｎ型ＳｉＣ半導体
装置のオーミック電極の形成方法により達成される。
【００１０】また、本発明の他の目的は、（５） 前記
熱処理条件が、Ａｒ、Ｎ2 などの不活性雰囲気または真
空中で温度９００〜１２００℃、時間は５〜３０分、最
も望ましくは１０５０℃、２０分であることを特徴とす
る上記（４）に示すｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック
電極の形成方法によっても達成される。
熱処理条件が、Ａｒ、Ｎ2 などの不活性雰囲気または真
空中で温度９００〜１２００℃、時間は５〜３０分、最
も望ましくは１０５０℃、２０分であることを特徴とす
る上記（４）に示すｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック
電極の形成方法によっても達成される。
【００１１】さらに、本発明の他の目的は、（６） 前
記窒化物層と金属層の密着性を向上させる上で効果的と
なるように、両層の間に窒化物層から金属層に向かうに
つれてＮ含有量が次第に減少するように漸次変化する遷
移層を形成する工程を、前記窒化物層の形成工程と金属
層の形成工程との間に設けることを特徴とする上記
（４）または（５）に示すｎ型ＳｉＣ半導体装置のオー
ミック電極の形成方法によっても達成される。
記窒化物層と金属層の密着性を向上させる上で効果的と
なるように、両層の間に窒化物層から金属層に向かうに
つれてＮ含有量が次第に減少するように漸次変化する遷
移層を形成する工程を、前記窒化物層の形成工程と金属
層の形成工程との間に設けることを特徴とする上記
（４）または（５）に示すｎ型ＳｉＣ半導体装置のオー
ミック電極の形成方法によっても達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】オーミック電極を形成する機構に
ついては、従来の技術で述べたとおり、３種類に大別で
きる。このうち、機構２）を実現する場合は予め半導体
側に高ドープ領域を準備しておく必要があり、電極の構
成を工夫することによってオーミック電極を形成しよう
とする場合には機構２）は利用できない。本発明は機構
３）を利用してオーミック性を確保するとともに、電極
の構成を工夫することでシリサイドを利用する従来技術
における残留Ｃに起因する高温環境下での特性劣化の問
題を解決するオーミック電極を提供するものである。
ついては、従来の技術で述べたとおり、３種類に大別で
きる。このうち、機構２）を実現する場合は予め半導体
側に高ドープ領域を準備しておく必要があり、電極の構
成を工夫することによってオーミック電極を形成しよう
とする場合には機構２）は利用できない。本発明は機構
３）を利用してオーミック性を確保するとともに、電極
の構成を工夫することでシリサイドを利用する従来技術
における残留Ｃに起因する高温環境下での特性劣化の問
題を解決するオーミック電極を提供するものである。
【００１３】ＳｉＣ半導体において、Ｎがドナー不純物
として作用し、ＳｉＣ中のＣ格子位置に入ることが、
Ｄ．Ｊ．ＬａｒｋｉｎらによってＰｒｏｃ．ｏｆ ５ｔ
ｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌ
ａｔｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏｎｆ．、１９９３、
Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ，ｐ５１に報告されてい
る。したがって、ＳｉＣ中のＣと選択的に反応する材料
とドナー不純物のＮの双方を含む材料をＳｉＣと接触さ
せ熱処理することにより、ＳｉＣ中からＣを引き出し炭
化物として固定化させるとともに反応の結果生じたＣ格
子位置の空孔にドナー不純物であるＮを置換せしめＳｉ
Ｃ表面を高ドープ化できれば、機構３）によるオーミッ
ク性の確保が可能となる。この際に注意しなければなら
ないのは、ｉ）Ｃと選択的に反応する元素とドナー不純
物のＮの双方を含む材料が導電性であり、該材料を不必
要に厚くしないこと、ｉｉ）Ｃと反応して形成される炭
化物が導電性であり、高温で安定な物質であることの２
つの要請を満たさなければならない点である。
として作用し、ＳｉＣ中のＣ格子位置に入ることが、
Ｄ．Ｊ．ＬａｒｋｉｎらによってＰｒｏｃ．ｏｆ ５ｔ
ｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌ
ａｔｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏｎｆ．、１９９３、
Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ ＤＣ，ｐ５１に報告されてい
る。したがって、ＳｉＣ中のＣと選択的に反応する材料
とドナー不純物のＮの双方を含む材料をＳｉＣと接触さ
せ熱処理することにより、ＳｉＣ中からＣを引き出し炭
化物として固定化させるとともに反応の結果生じたＣ格
子位置の空孔にドナー不純物であるＮを置換せしめＳｉ
Ｃ表面を高ドープ化できれば、機構３）によるオーミッ
ク性の確保が可能となる。この際に注意しなければなら
ないのは、ｉ）Ｃと選択的に反応する元素とドナー不純
物のＮの双方を含む材料が導電性であり、該材料を不必
要に厚くしないこと、ｉｉ）Ｃと反応して形成される炭
化物が導電性であり、高温で安定な物質であることの２
つの要請を満たさなければならない点である。
【００１４】本発明においては、Ｃと選択的に反応する
金属元素としてＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷ
の単体または混合物を用い、ＳｉＣ中のＣと反応し炭化
物を形成するとともに反応の結果生じたＣ格子位置の空
孔にＮを供給する窒化物として金属元素Ｈｆ、Ｔａ、Ｔ
ｉ若しくはＺｒの窒化物の単体または混合物を用いる。
金属元素としてＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷ
の単体または混合物を用い、ＳｉＣ中のＣと反応し炭化
物を形成するとともに反応の結果生じたＣ格子位置の空
孔にＮを供給する窒化物として金属元素Ｈｆ、Ｔａ、Ｔ
ｉ若しくはＺｒの窒化物の単体または混合物を用いる。
【００１５】一例として、金属元素としてＴｉ、窒化物
としてＴｉＮを考える。ＴｉＮは比抵抗１．３Ｅ−２Ω
・ｃｍの導電性物質であるとともに、図２および３の比
較から熱処理後Ｓｉの分布が変化しないのに対してＣが
ＴｉＮ中に移動しており、ＴｉはＣと選択的に反応する
材料であることがわかる。反応生成物であるＴｉＣはＴ
ｉＮと同様に比抵抗１．６Ｅ−２Ω・ｃｍの導電性物質
であるとともに、融点３４１３Ｋの高温で安定な物質で
ある。以上のことから、ＴｉＮは上述の要請ｉ）および
ｉｉ）の両方を満たしており、ＳｉＣ用オーミック電極
材料として適していることがわかる。図２および３の比
較からわかるようにＣの移動と相反してＮがＴｉＮ側か
らＳｉＣ側へ移動しており、ドナー不純物であるＮがＳ
ｉＣにドープされＴｉＮ／ＳｉＣ界面が高ドープ化され
ていることがわかる。このことから、本発明においては
機構３）によるオーミック性を利用していることがわか
る。図２および３を比較する限りでは熱処理前後でＴｉ
の分布に変化は見られないのでシリサイド形成の有無は
確認できないが、炭化物生成のための熱処理中にシリサ
イド化が同時に進行している可能性も考えられる。その
場合でもＴｉＮを配置することによりＣをＴｉＣとして
固定化できるために従来法における残留Ｃに起因する問
題は本発明においては発生しない。炭化物生成のための
熱処理によりシリサイドが形成される場合には上述の機
構３）に加えて機構１）によるオーミック性の確保も併
せて期待できるので、オーミック電極形成にとってより
好ましい。ＴｉＮの厚さの最適値はＣとＮの相互拡散量
を支配する熱処理条件と関連しており、該条件がより高
温より長時間になるにつれてＴｉＮ／ＳｉＣの接触抵抗
は減少する一方、ＣおよびＮの相互拡散によって目減り
するのでＴｉＮをより厚くする必要があるが、ＴｉＮ／
ＳｉＣの接触抵抗とＴｉＮ自身の抵抗を全体として最小
にするための条件としては、ＴｉＮの厚さは１０〜１０
０ｎｍ、熱処理温度および時間は９００〜１２００℃、
５〜３０分であり、最も望ましくは、ＴｉＮ厚３０ｎ
ｍ、熱処理条件１０５０℃、２０分である。本発明にお
いてはＴｉＮの上にＴｉを配置しているが、このＴｉは
過度の熱処理によりＴｉＮ領域全体にＣが拡散しＴｉＣ
を形成してしまったときにこれ以上のＣの拡散を防止す
る障壁としての機能を持ち、Ｔｉの厚さは５０〜５００
ｎｍ、最も望ましくは１００ｎｍである。
としてＴｉＮを考える。ＴｉＮは比抵抗１．３Ｅ−２Ω
・ｃｍの導電性物質であるとともに、図２および３の比
較から熱処理後Ｓｉの分布が変化しないのに対してＣが
ＴｉＮ中に移動しており、ＴｉはＣと選択的に反応する
材料であることがわかる。反応生成物であるＴｉＣはＴ
ｉＮと同様に比抵抗１．６Ｅ−２Ω・ｃｍの導電性物質
であるとともに、融点３４１３Ｋの高温で安定な物質で
ある。以上のことから、ＴｉＮは上述の要請ｉ）および
ｉｉ）の両方を満たしており、ＳｉＣ用オーミック電極
材料として適していることがわかる。図２および３の比
較からわかるようにＣの移動と相反してＮがＴｉＮ側か
らＳｉＣ側へ移動しており、ドナー不純物であるＮがＳ
ｉＣにドープされＴｉＮ／ＳｉＣ界面が高ドープ化され
ていることがわかる。このことから、本発明においては
機構３）によるオーミック性を利用していることがわか
る。図２および３を比較する限りでは熱処理前後でＴｉ
の分布に変化は見られないのでシリサイド形成の有無は
確認できないが、炭化物生成のための熱処理中にシリサ
イド化が同時に進行している可能性も考えられる。その
場合でもＴｉＮを配置することによりＣをＴｉＣとして
固定化できるために従来法における残留Ｃに起因する問
題は本発明においては発生しない。炭化物生成のための
熱処理によりシリサイドが形成される場合には上述の機
構３）に加えて機構１）によるオーミック性の確保も併
せて期待できるので、オーミック電極形成にとってより
好ましい。ＴｉＮの厚さの最適値はＣとＮの相互拡散量
を支配する熱処理条件と関連しており、該条件がより高
温より長時間になるにつれてＴｉＮ／ＳｉＣの接触抵抗
は減少する一方、ＣおよびＮの相互拡散によって目減り
するのでＴｉＮをより厚くする必要があるが、ＴｉＮ／
ＳｉＣの接触抵抗とＴｉＮ自身の抵抗を全体として最小
にするための条件としては、ＴｉＮの厚さは１０〜１０
０ｎｍ、熱処理温度および時間は９００〜１２００℃、
５〜３０分であり、最も望ましくは、ＴｉＮ厚３０ｎ
ｍ、熱処理条件１０５０℃、２０分である。本発明にお
いてはＴｉＮの上にＴｉを配置しているが、このＴｉは
過度の熱処理によりＴｉＮ領域全体にＣが拡散しＴｉＣ
を形成してしまったときにこれ以上のＣの拡散を防止す
る障壁としての機能を持ち、Ｔｉの厚さは５０〜５００
ｎｍ、最も望ましくは１００ｎｍである。
【００１６】アルファベットＸでＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若し
くはＺｒの単体または混合物を表し、また、アルファベ
ットＹでＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの単体
または混合物を表すとすると、本発明の基本的構成は上
述の要請ｉ）およびｉｉ）を満たす窒化物系材料“Ｘ
Ｎ”をｎ型ＳｉＣ上に配し、その上に金属材料“Ｙ”を
配するところにある。なお、“Ｘ”および“Ｙ”の選択
に当たっては、両者が異なる場合と同一である場合の双
方があり得る。
くはＺｒの単体または混合物を表し、また、アルファベ
ットＹでＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの単体
または混合物を表すとすると、本発明の基本的構成は上
述の要請ｉ）およびｉｉ）を満たす窒化物系材料“Ｘ
Ｎ”をｎ型ＳｉＣ上に配し、その上に金属材料“Ｙ”を
配するところにある。なお、“Ｘ”および“Ｙ”の選択
に当たっては、両者が異なる場合と同一である場合の双
方があり得る。
【００１７】以下、本発明の構成を具体的に説明する。
【００１８】１） ＳｉＣ表面にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若し
くはＺｒの窒化物の単体または混合物を配置する。窒化
物層形成に当たっては、電子ビーム蒸着やスパッタ蒸
着、上述の金属（Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくは
Ｗ）の単体または混合物をターゲットとし、Ｎ2 プラズ
マ下で該金属とＮを反応させる反応性スパッタ蒸着を用
いる。スパッタ蒸着装置によれば、試料とターゲットの
電気的極性を反転させることでスパッタ蒸着に先だって
ＳｉＣ試料表面のスパッタエッチング処理が行えるので
ＳｉＣの清浄表面に窒化物層を形成できる点で優れてお
り、スパッタ蒸着装置によるオーミック電極の形成が好
ましい。
くはＺｒの窒化物の単体または混合物を配置する。窒化
物層形成に当たっては、電子ビーム蒸着やスパッタ蒸
着、上述の金属（Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しくは
Ｗ）の単体または混合物をターゲットとし、Ｎ2 プラズ
マ下で該金属とＮを反応させる反応性スパッタ蒸着を用
いる。スパッタ蒸着装置によれば、試料とターゲットの
電気的極性を反転させることでスパッタ蒸着に先だって
ＳｉＣ試料表面のスパッタエッチング処理が行えるので
ＳｉＣの清浄表面に窒化物層を形成できる点で優れてお
り、スパッタ蒸着装置によるオーミック電極の形成が好
ましい。
【００１９】２） 窒化物層の上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの金属単体または混合物の層を配置
する。金属層形成に当たっては、電子ビーム蒸着やＡｒ
プラズマによるスパッタ蒸着を行う。このとき窒化物と
金属の間に、窒化物から金属に向かうにつれてＮ含有量
が漸次変化する遷移層を挿入し密着性の向上を図っても
よい。
Ｚｒ、Ｖ若しくはＷの金属単体または混合物の層を配置
する。金属層形成に当たっては、電子ビーム蒸着やＡｒ
プラズマによるスパッタ蒸着を行う。このとき窒化物と
金属の間に、窒化物から金属に向かうにつれてＮ含有量
が漸次変化する遷移層を挿入し密着性の向上を図っても
よい。
【００２０】３） 窒化物と金属の積層構造に熱処理を
行い、窒化物／ＳｉＣ界面でＣおよびＮを相互拡散させ
炭化物の形成とＳｉＣへのＮドープを行う。試料の酸化
を防ぐためにＡｒ、Ｎ2 などの不活性雰囲気または真空
中で熱処理を行う。
行い、窒化物／ＳｉＣ界面でＣおよびＮを相互拡散させ
炭化物の形成とＳｉＣへのＮドープを行う。試料の酸化
を防ぐためにＡｒ、Ｎ2 などの不活性雰囲気または真空
中で熱処理を行う。
【００２１】ｎ型ＳｉＣと窒化物を接触させ熱処理を行
うことにより、界面で導電性の炭化物の形成と窒化物か
ら遊離したＮによるＳｉＣのｎ型ドーピングの進行を誘
起し、接触抵抗を低減する。また、熱処理により界面に
高温で安定な炭化物が形成されるのでＣの電極側への拡
散が阻止され、高温環境下での接触抵抗の増大が防止さ
れる。
うことにより、界面で導電性の炭化物の形成と窒化物か
ら遊離したＮによるＳｉＣのｎ型ドーピングの進行を誘
起し、接触抵抗を低減する。また、熱処理により界面に
高温で安定な炭化物が形成されるのでＣの電極側への拡
散が阻止され、高温環境下での接触抵抗の増大が防止さ
れる。
【００２２】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例においては、窒化物としてＴｉＮ、金属とし
てＴｉを用いている。
る。実施例においては、窒化物としてＴｉＮ、金属とし
てＴｉを用いている。
【００２３】実施例の構成を図１に示し、同図を参照し
ながら本発明によるオーミック電極作製工程を説明す
る。実施例においては、ＴｉＮ層２とＴｉ層４の密着性
を向上させるために、両層の間にＴｉＮ層からＴｉ層に
向かうにつれてＮ含有量が次第に減少する遷移層３を挿
入した。このため、ＴｉＮ層とＴｉ層の形成に当たって
はＴｉターゲットを装備したＲＦスパッター装置を用い
た。なお、実施例においては、Ｎ2 を添加して昇華法に
て作成したｎ型ＳｉＣ単結晶基板１を用いた。
ながら本発明によるオーミック電極作製工程を説明す
る。実施例においては、ＴｉＮ層２とＴｉ層４の密着性
を向上させるために、両層の間にＴｉＮ層からＴｉ層に
向かうにつれてＮ含有量が次第に減少する遷移層３を挿
入した。このため、ＴｉＮ層とＴｉ層の形成に当たって
はＴｉターゲットを装備したＲＦスパッター装置を用い
た。なお、実施例においては、Ｎ2 を添加して昇華法に
て作成したｎ型ＳｉＣ単結晶基板１を用いた。
【００２４】１） ＴｉＮ層２の形成 Ｎ2 を２０ｃｍ3 ／分流し成膜チャンバー内圧力を１Ｅ
−２Ｔｏｒｒに保持した状態で、４００ＷのＲＦ電力を
供給してスパッターを行い、厚さ３０ｎｍのＴｉＮ層を
反応性スパッター蒸着にて形成した。
−２Ｔｏｒｒに保持した状態で、４００ＷのＲＦ電力を
供給してスパッターを行い、厚さ３０ｎｍのＴｉＮ層を
反応性スパッター蒸着にて形成した。
【００２５】２） ＴｉＮ層２とＴｉ層４間の遷移層３
の形成 スパッター蒸着のプラズマを維持するガス種をＮ2 から
Ａｒに徐々に変化させて遷移層を形成した。Ｎ2 からＡ
ｒへの切り替えに当たっては、両ガス種の流量の総和が
常に２０ｃｍ3 ／分となるように流量調整し、成膜中の
圧力およびＲＦ電力は上述の１）と同じであった。この
ときの遷移層の厚さは１０ｎｍであった。
の形成 スパッター蒸着のプラズマを維持するガス種をＮ2 から
Ａｒに徐々に変化させて遷移層を形成した。Ｎ2 からＡ
ｒへの切り替えに当たっては、両ガス種の流量の総和が
常に２０ｃｍ3 ／分となるように流量調整し、成膜中の
圧力およびＲＦ電力は上述の１）と同じであった。この
ときの遷移層の厚さは１０ｎｍであった。
【００２６】３） Ｔｉ層４の形成 Ａｒを２０ｃｍ3 ／分流し成膜チャンバー内圧力を１Ｅ
−２Ｔｏｒｒに保持した状態で、４００ＷのＲＦ電力を
供給してスパッターを行い、厚さ１００ｎｍのＴｉ層を
スパッター蒸着にて形成した。
−２Ｔｏｒｒに保持した状態で、４００ＷのＲＦ電力を
供給してスパッターを行い、厚さ１００ｎｍのＴｉ層を
スパッター蒸着にて形成した。
【００２７】４） 電極の熱処理 工程１）〜３）にて作製した試料を真空雰囲気中で温度
１０５０℃にて２０分間熱処理を行った。
１０５０℃にて２０分間熱処理を行った。
【００２８】以上、工程１）〜４）により、図１に示す
ように、ｎ型ＳｉＣ基板１上にＴｉＮ層２を配し、その
上にＮ含有量がＴｉＮ層２からＴｉ層４に向かうにつれ
て漸次減少してなる遷移層３を配し、その上にＴｉ層４
を配してなる構成を有するオーミック電極が得られた。
ように、ｎ型ＳｉＣ基板１上にＴｉＮ層２を配し、その
上にＮ含有量がＴｉＮ層２からＴｉ層４に向かうにつれ
て漸次減少してなる遷移層３を配し、その上にＴｉ層４
を配してなる構成を有するオーミック電極が得られた。
【００２９】なお、実施例においてはＴｉ層をオーミッ
ク電極の最上層としたが、Ｔｉ層上にさらにＡｌ，Ａｕ
をはじめとする母材の比抵抗が低くボンディングに適し
た金属材料を配置してオーミック電極として用いてもよ
い。異種金属を積層して用いる場合には必要に応じて層
間に相互拡散防止のため拡散バリア層を挿入することは
言うまでもない。
ク電極の最上層としたが、Ｔｉ層上にさらにＡｌ，Ａｕ
をはじめとする母材の比抵抗が低くボンディングに適し
た金属材料を配置してオーミック電極として用いてもよ
い。異種金属を積層して用いる場合には必要に応じて層
間に相互拡散防止のため拡散バリア層を挿入することは
言うまでもない。
【００３０】図２は、熱処理前のＴｉＮ、Ｔｉ積層構造
のＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎ Ｍａｓｓ Ｓ
ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析の結果である。一方、図
３は熱処理後の分析結果である。熱処理前はＴｉ、Ｔｉ
Ｎ、ＳｉＣの各界面は急峻であるのに対して、熱処理後
はＴｉＮ、ＳｉＣ界面で、ＣのＴｉＮ層側への拡散およ
びＮのＳｉＣ側への拡散が起こっており、界面で導電性
のＴｉＣの形成とＴｉＮから遊離したＮによるＳｉＣの
ｎ型ドーピングの進行が確認された。
のＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎ Ｍａｓｓ Ｓ
ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析の結果である。一方、図
３は熱処理後の分析結果である。熱処理前はＴｉ、Ｔｉ
Ｎ、ＳｉＣの各界面は急峻であるのに対して、熱処理後
はＴｉＮ、ＳｉＣ界面で、ＣのＴｉＮ層側への拡散およ
びＮのＳｉＣ側への拡散が起こっており、界面で導電性
のＴｉＣの形成とＴｉＮから遊離したＮによるＳｉＣの
ｎ型ドーピングの進行が確認された。
【００３１】図４は、実施例の工程により作製したオー
ミック電極の電流−電圧特性を示したものである。本特
性は広い電流・電圧範囲で直線的であり、良好なオーミ
ック性を示している。
ミック電極の電流−電圧特性を示したものである。本特
性は広い電流・電圧範囲で直線的であり、良好なオーミ
ック性を示している。
【００３２】図５は、本発明とＮｉをＳｉＣ上に直接蒸
着し真空中で１０５０℃、３０分の熱処理を行う従来法
によるオーミック電極の接触抵抗をキャリア濃度の異な
るｎ型ＳｉＣ基板について測定した結果である。接触抵
抗の測定に当たっては、Ｇ．Ｋ．ＲｅｅｖｅｓがＳｏｌ
ｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ｖｏｌ．２１ｐ
８０１に記載しているｃｉｒｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｍ
ｉｓｓｉｏｎ−ｌｉｎｅ ｍｏｄｅｌ ｍｅｔｈｏｄを
用いた。本発明の接触抵抗は従来法に比べて約１桁低
く、電力素子用のオーミック電極として優れている。
着し真空中で１０５０℃、３０分の熱処理を行う従来法
によるオーミック電極の接触抵抗をキャリア濃度の異な
るｎ型ＳｉＣ基板について測定した結果である。接触抵
抗の測定に当たっては、Ｇ．Ｋ．ＲｅｅｖｅｓがＳｏｌ
ｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ｖｏｌ．２１ｐ
８０１に記載しているｃｉｒｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｍ
ｉｓｓｉｏｎ−ｌｉｎｅ ｍｏｄｅｌ ｍｅｔｈｏｄを
用いた。本発明の接触抵抗は従来法に比べて約１桁低
く、電力素子用のオーミック電極として優れている。
【００３３】図６は、本発明と従来法により形成したオ
ーミック電極を真空中で５００℃、２４時間の熱処理し
た後の接触抵抗をキャリア濃度の異なるｎ型ＳｉＣ基板
について測定した結果である。従来法の接触抵抗が熱処
理によって増加しているのに対して、本発明の接触抵抗
は全く変化がなく、耐環境素子のオーミック電極として
優れている。
ーミック電極を真空中で５００℃、２４時間の熱処理し
た後の接触抵抗をキャリア濃度の異なるｎ型ＳｉＣ基板
について測定した結果である。従来法の接触抵抗が熱処
理によって増加しているのに対して、本発明の接触抵抗
は全く変化がなく、耐環境素子のオーミック電極として
優れている。
【００３４】
【発明の効果】以上で述べたように、本発明が提供する
オーミック電極によれば、接触抵抗の低減および高温環
境下での接触抵抗の安定性がもたらされ、ＳｉＣ製の電
力素子、耐環境素子の特性の改善が可能となる。
オーミック電極によれば、接触抵抗の低減および高温環
境下での接触抵抗の安定性がもたらされ、ＳｉＣ製の電
力素子、耐環境素子の特性の改善が可能となる。
【図１】 本発明によるオーミック電極の構成を断面図
で示したものである。
で示したものである。
【図２】 本発明によるオーミック電極の熱処理前の積
層構造をＳＩＭＳ分析した結果を示したものである。
層構造をＳＩＭＳ分析した結果を示したものである。
【図３】 本発明によるオーミック電極の熱処理後の積
層構造をＳＩＭＳ分析した結果を示したものである。
層構造をＳＩＭＳ分析した結果を示したものである。
【図４】 本発明による電流−電圧特性を示したものあ
る。
る。
【図５】 本発明および従来法により作製したオーミッ
ク電極の接触抵抗をキャリア濃度の異なるｎ型ＳｉＣ基
板について測定した結果である。
ク電極の接触抵抗をキャリア濃度の異なるｎ型ＳｉＣ基
板について測定した結果である。
【図６】 本発明および従来法により作製したオーミッ
ク電極に熱処理を行った後の接触抵抗の測定結果であ
る。
ク電極に熱処理を行った後の接触抵抗の測定結果であ
る。
１…ｎ型ＳｉＣ単結晶基板、 ２…ＴｉＮ
膜、３…Ｎ含有量が漸次変化する遷移層、 ４…Ｔ
ｉ膜。
膜、３…Ｎ含有量が漸次変化する遷移層、 ４…Ｔ
ｉ膜。
フロントページの続き (72)発明者 坂本 光 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内
Claims (4)
- 【請求項１】 ｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極
において、ＳｉＣ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若しくはＺｒの
窒化物の単体または混合物からなる膜を配し、該膜上に
Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ若しくはＷの単体または混
合物からなる金属を配したことを特徴とするオーミック
電極。 - 【請求項２】 前記窒化物膜と金属の間に、窒化物膜か
ら金属に向かうにつれてＮ含有量が漸次変化する遷移層
を配したことを特徴とする請求項１に記載のｎ型ＳｉＣ
半導体装置のオーミック電極。 - 【請求項３】 前記窒化物としてＴｉＮを、前記金属と
してＴｉを用いたことを特徴とする請求項１または２に
記載のｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極。 - 【請求項４】 ｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極
の形成方法において、ＳｉＣ上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ若し
くはＺｒの窒化物の単体または混合物からなる膜を形成
し、次いでその上にＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ若しく
はＷの単体または混合物からなる金属膜を形成し、さら
に不活性雰囲気または真空中にて熱処理を行うことを特
徴とするｎ型ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08806996A JP3439597B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | ｎ型ＳｉＣ用オーミック電極とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08806996A JP3439597B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | ｎ型ＳｉＣ用オーミック電極とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283738A true JPH09283738A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3439597B2 JP3439597B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=13932573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08806996A Expired - Lifetime JP3439597B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | ｎ型ＳｉＣ用オーミック電極とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3439597B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007027680A (ja) * | 2005-06-17 | 2007-02-01 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP4690485B2 (ja) * | 2007-10-24 | 2011-06-01 | パナソニック株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
| JP2013232557A (ja) * | 2012-04-27 | 2013-11-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 炭化珪素半導体素子の製造方法 |
| JP2014078732A (ja) * | 2008-06-02 | 2014-05-01 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| WO2014185010A1 (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体素子およびその製造方法、半導体モジュールおよびその製造方法、並びに、半導体パッケージ |
| DE102022113729A1 (de) | 2022-01-21 | 2023-07-27 | Infineon Technologies Ag | Halbleitervorrichtung mit metallnitridschicht und ein verfahren zum herstellen von dieser |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP08806996A patent/JP3439597B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007027680A (ja) * | 2005-06-17 | 2007-02-01 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP4690485B2 (ja) * | 2007-10-24 | 2011-06-01 | パナソニック株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
| US8237172B2 (en) | 2007-10-24 | 2012-08-07 | Panasonic Corporation | Semiconductor device having a silicon carbide substrate with an ohmic electrode layer in which a reaction layer is arranged in contact with the silicon carbide substrate |
| JP2014078732A (ja) * | 2008-06-02 | 2014-05-01 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2013232557A (ja) * | 2012-04-27 | 2013-11-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 炭化珪素半導体素子の製造方法 |
| WO2014185010A1 (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体素子およびその製造方法、半導体モジュールおよびその製造方法、並びに、半導体パッケージ |
| US9362366B2 (en) | 2013-05-13 | 2016-06-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Semiconductor element, semiconductor element manufacturing method, semiconductor module, semiconductor module manufacturing method, and semiconductor package |
| DE102022113729A1 (de) | 2022-01-21 | 2023-07-27 | Infineon Technologies Ag | Halbleitervorrichtung mit metallnitridschicht und ein verfahren zum herstellen von dieser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3439597B2 (ja) | 2003-08-25 |
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