JPWO2007049413A1 - 半導体製造装置及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
炭化珪素半導体基板１０の表面ならびに裏面上に、金属電極となる金属薄膜１１，１２を形成した後、炭化珪素半導体基板１０を加熱する急速加熱処理を行う半導体製造装置において、炭化珪素半導体基板１０上の金属薄膜１１，１２が形成されている領域外との接触によって炭化珪素半導体基板１０を保持構造体２０で保持し、保持した炭化珪素半導体基板１０を半導体製造装置の加熱室内に設置して構成される。
Description
本発明は、炭化珪素半導体に代表されるワイドギャップ半導体基板の両面に、オーミックコンタクトを形成する際の加熱処理を行う半導体製造装置、及びこの半導体製造装置で加熱処理される半導体装置に関する。
炭化珪素などの所謂ワイドバンドギャップ半導体は、伝導帯（あるいは価電子帯）と電極材料の伝導帯とのバンドオフセットが非常に大きくなる。このため、ショットキー障壁が高くなってしまいこの高さを低くすることは原理的に難しく、低抵抗オーミックコンタクトを形成するのは難しい技術であった。
低抵抗オーミックコンタクトを形成する技術は、これまで多くの研究がなされているが、現在普及しているのは金属薄膜を炭化珪素半導体表面に蒸着形成後、ランプ加熱などによって急速に昇温／降温させて７００〜１０５０℃程度の熱処理を１〜５分間加えることによって半導体／金属界面に金属化合物を形成し、オーミックコンタクトを得る方法がある。特に、高温環境下での使用を目的とする炭化珪素半導体装置においては、経時的な特性の変動を防止する意味合いから熱処理を加えることが望ましい。
このような熱処理によるオーミックコンタクトの形成方法は、例えば特開２００２−７５９０９に示す文献に記載されており、微細なコンタクトウインドウの内部において、ｐ型ＳｉＣ領域への低いコンタクト抵抗を実現する手段が開示されている。
上述した熱処理によるオーミックコンタクトを形成する従来の方法、特に金属／半導体界面で金属間化合物を形成する製造段階において、金属間化合物形成に極めて重要な働きをするのが赤外線ランプによって急速加熱を行う工程である。上記従来の形成方法では、半導体基板の一方の主面にのみ電極を形成する方法であったので、実際に半導体基板上に素子を形成する場合に、電極形成のための熱処理工程上において生じる以下のような問題点についてはこれまで解消されていなかった。
炭化珪素半導体を基板材料として用いた、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ｐｎダイオードなどの半導体素子は、低オン抵抗化の観点から基板の一主面（表面）側から反対（裏面）の他方主面に向かって電流を流す、所謂縦型の構造が広く採用されている。このような構造において、当然ながら基板の表側、裏側の双方に低抵抗なオーミックコンタクトを形成することが求められる。しかしながら、上記従来の形成方法にあっては以下のような問題が生じる。
先に述べたように、炭化珪素半導体と金属との良好なオーミックコンタクトを形成するには、界面に金属間化合物を形成することが必要である。金属間化合物を形成する最も一般的な方法は、オーミックコンタクトを形成したい領域の炭化珪素半導体表面を清浄な状態で露出させた後に、Ｎｉ（ｎ型）、Ｔｉ／Ａｌ（ｐ型）などの金属薄膜を真空装置内で蒸着して概ね７００〜１０５０℃程度の急速加熱昇温処理を行う。７００〜１０５０℃の間に温度を保持する時間は１〜５分程度が好適とされている。
このような熱処理を行う際には、当然半導体基板をなんらかの方法で保持しなければならない。その際に、半導体基板上に形成された金属薄膜が半導体基板を保持する保持冶具に接触していると、金属薄膜が炭化珪素半導体表面だけでなく保持冶具表面とも反応を起こすおそれがあった。このような場合には、保持している治具に半導体基板が張り付いてしまい、半導体基板に損傷を与えるだけでなく、金属と炭化珪素半導体との反応が不十分となり、金属間化合物の形成が不十分となり、コンタクト抵抗が上昇してしまうという不具合を招くことになる。
また、金属薄膜が反応性の乏しい物質、例えばシリコン酸化物などと接触する場合には、スピルオーバーを起こすおそれもあった。これもまたコンタクト抵抗の上昇とパターン崩れなどの問題を引き起すおそれがあった。このため、金属薄膜は炭化珪素半導体表面の所望の領域以外には決して接触させてはならなかった。
特に、上述したように半導体基板の両面に金属薄膜が形成されているような場合に、例えばサセプタ上に直接炭化珪素半導体を置く方法では、どちらか一方の金属薄膜がサセプタの表面と接触してしまい、上記不具合は著しく発生しやすくなっていた。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体基板の両面に良好な電気的特性を持つオーミックコンタクトを簡便に形成する半導体製造装置及び半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体製造装置は、半導体基板の一方の主面と他方の主面の少なくとも一方の面上に、金属電極となる金属薄膜を形成した後、前記半導体基板を急速加熱する処理を行う半導体製造装置において、前記半導体基板上の金属薄膜が形成されている領域外との接触によって前記半導体基板を保持し、保持した前記半導体基板を前記半導体製造装置の加熱室内に設置する保持構造体を有する。
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係る半導体製造装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の装置は、炭化珪素半導体基板の両面にオーミックコンタクトを形成する際に使用される急速加熱処理装置であり、炭化珪素半導体基板の表裏両面に電気的に接続を取るための電極を形成する工程を示している。
図１は本発明の実施例１に係る半導体製造装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の装置は、炭化珪素半導体基板の両面にオーミックコンタクトを形成する際に使用される急速加熱処理装置であり、炭化珪素半導体基板の表裏両面に電気的に接続を取るための電極を形成する工程を示している。
急速加熱処理装置は、透明石英ガラスなどの高純度、且つ高耐熱の筐体３０を通して、筐体３０の上下に設けられた赤外線ランプ３５ａ，３５ｂから出射される赤外線を照射し、筐体３０内部に設置された炭化珪素半導体基板１０を短時間で急速に加熱して、熱処理を施す装置である。
筐体３０の一部には、真空排気のための排気口３２が設けられており、例えばターボ分子ポンプ、ロータリーポンプなどの真空ポンプに接続されていて（図示せず）、装置内部を大気圧から１／１０００Ｐａ以下の高真空まで排気可能になっている。また、筐体３０の一部には、不活性ガスを装置の加熱室内に導入するためのガス導入口３３が設けられており、真空排気された加熱室内に高純度のアルゴン、窒素などの不活性ガスを供給可能な構造となっている。
処理装置の加熱室内に置かれた炭化珪素半導体基板１０は、ガス導入口３３から加熱室内に不活性ガスを導入し、赤外線ランプ３５ａ，３５ｂの加熱手段の輻射熱によって昇温加熱する所謂ラピッドサーマルアニールを用いて加熱処理される。
加熱処理装置の加熱室内に載置される炭化珪素半導体基板１０の表面（一方主面）側には金属薄膜１１、裏面（他方主面）側には金属薄膜１２がそれぞれスパッタ法、電子ビーム蒸着法などの方法により形成されている。
炭化珪素半導体基板１０には、例えばｐｎダイオード、縦型ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子１３が形成されている。ｐｎダイオードであれば金属薄膜１１は、例えばｐ型に対するコンタクトメタルであるＴｉ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌなどが好適である一方、金属薄膜１２はｎ型に対するコンタクトメタルであるＮｉなどが好適である。ＭＯＳＦＥＴであれば、金属薄膜１１は、例えばソース電極に相当し、金属薄膜１２はドレイン電極に相当する。一般的に、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴが多用されるのでソース、ドレイン電極は供にｎ型であるので、コンタクトメタルはＮｉなどが好適である。また、ゲート電極に対するコンタクトメタルとして同じくＮｉなどを用いてもよい。
炭化珪素半導体基板１０は、半導体製造装置に対して着脱自在に装着可能な保持構造体２０によって支持されている。この実施例１の重要な点は、保持構造体２０の上面は炭化珪素半導体基板１０の表面より突出し、その底面は炭化珪素半導体基板１０の裏面より突出するように保持構造体２０が構成されているという点である。
図１に示す実施例１では、保持構造体２０は、炭化珪素半導体基板１０の厚さに加えて、金属薄膜１１，１２、ならびに金属薄膜１１を囲むように炭化珪素半導体基板１０上に形成されているシリコン酸化膜などの絶縁膜の全ての厚さを加えたよりも深いザグリが形成されている。これにより、炭化珪素半導体基板１０の表面ならびに裏面は、いずれも保持構造体２０よりも突き出ないようになり、炭化珪素半導体基板１０の表面及び裏面に形成された電極が保持構造体２０を除く他の部材と接触するのを防いでいる。
また、保持構造体２０のザグリ長ｚは、炭化珪素半導体基板１０の周辺部分のみと接触するような小さな寸法に設計されている。さらに、炭化珪素半導体基板１０上の金属薄膜１１，１２を形成するパターンは、図１ならびに図２に示すように形成することで金属薄膜１１，１２と保持構造体２０との接触を回避することができる。
図２において、同図（ａ）は炭化珪素半導体基板１０の表面側から見た図であり、炭化珪素半導体基板１０の縁から距離ｄだけ内側に電極となる金属薄膜１７が形成されている。ここで、上記の距離ｄと保持構造体のザグリ長ｚとは、ｄ＞ｚの関係にある。
一方、同図（ｂ）は同じ炭化珪素半導体基板１０を裏面側から見た図であり、同様に炭化珪素半導体基板１０の縁から距離ｄだけ内側に金属薄膜１８が形成されている。この金属薄膜１８が形成されていない非形成領域１９が保持構造体２０と接触する領域となる。
このように、この実施例１では、炭化珪素半導体基板１０上の金属薄膜１８が一切の部材と接触することなく急速加熱処理を実施する構成になっているので、従来構造の問題点であった、基板保持構造体と反応してコンタクト抵抗が上昇し、酷い場合には基板保持構造体に張り付いてしまうといった従来構造の問題点を完全に解決することができる。この構成は以下に述べる他の実施例２，３においてもまったく同様である。
図１に戻って、保持構造体２０は、オーミックコンタクト形成のための熱処理温度である７００〜１０５０℃程度よりも高い耐熱性を備えた材料で形成され、且つ真空引きや加熱によって金属間化合物形成の妨げとなるような不純物を放出しない材質である必要がある。そのような材料としては、例えばシリコン結晶、石英、炭化珪素結晶などを用いることができ、その中でも穴あげやザグリ加工の容易な例えば石英が好適である。
保持構造体２０に置かれた炭化珪素半導体基板１０は、熱伝導体２１ａ、２１ｂによって挟まれるようにして加熱室内に水平に置かれている。先にも触れたように、保持構造体２０は炭化珪素半導体基板１０の厚さよりも厚く、ザグリ構造は炭化珪素半導体基板１０上の金属薄膜１１，１２をはじめ炭化珪素半導体基板１０上の構造物が突き出ないような深さに調整されて形成されている、これにより、炭化珪素半導体基板１０を挟んでいる熱伝導体２１ａ，２１ｂと炭化珪素半導体基板１０が接触することはない。
熱伝導体２１ａ，２１ｂを構成する材料としては、やはり保持構造体２０と同様に高耐熱、高純度が必要であると同時に、熱伝導性に富み赤外線を強く吸収する材料がよく、例えばシリコン結晶が取り扱いが容易でコストも安く好適であるが、他にはゲルマニウムの単結晶または多結晶、あるいは炭素または炭化珪素の焼結体などを用いてもよい。
熱伝導体２１ａ，２１ｂの寸法は、少なくとも炭化珪素半導体基板１０を覆うだけの十分な大きさのものがよい。炭化珪素半導体のようなワイドギャップ半導体は一般に赤外線の吸収が乏しく、赤外線ランプによる急速加熱は困難である。しかしながら、この実施例１のように、赤外吸収の強い熱伝導体２１ａ，２１ｂを炭化珪素半導体基板１０に近接させて配置することで、加熱された熱伝導体２１ａ，２１ｂが加熱源となって、さらには均熱板の役割も担って、炭化珪素半導体基板１０を急速にかつ均一に昇温させることができる。
熱伝導体２１ａ，２１ｂには、炭化珪素半導体基板１０の温度計測手段として熱電対２２ａ、２２ｂが耐熱接着剤などで取り付けられており、配線２３ａ，２３ｂによって加熱室外部に引き出されて温度調節器（図示せず）に接続されている。
この実施例１では、急速加熱処理を行う際に、熱電対２２ａ，２２ｂの指示温度差（＝熱伝導体２１ａ，２１ｂの温度差）が少なくとも１５０℃未満、望ましくは２０℃未満に収まるように温度制御される。このとき、炭化珪素半導体基板１０の温度は熱電対２２ａ，２２ｂが指示する温度の中間の温度である。なお、プロセス安定性を図り熱処理の結果の再現性を高める観点から、熱電対２２ａ，２２ｂの指示温度が一致するように温度制御するのが最も望ましい姿であろう。
この実施例１では、この要請に応える技術を提供することができる。この目的を達成するために、上部の赤外線ランプ３５ａは熱電対２２ａが指示する温度データに基づいて専用の温度調節器（図示せず）で熱伝導体２１ａが与えられた温度になるように制御する。同様に、下部の赤外線ランプ３５ｂは熱電対２２ｂが指示する温度データに基づいて先の専用の温度調節器とは別の他の専用の温度調節器（図示せず）で熱伝導体２１ｂが与えられた温度になるように制御する。このような制御手法を採用することで、一対の熱伝導体２１ａ，２１ｂの温度差を２℃程度以下に抑えることが可能となる。
以上のような装置の構成によって、炭化珪素半導体基板１０上に形成された金属薄膜１１，１２は炭化珪素半導体基板１０の表面にのみ接するので、熱処理中に炭化珪素半導体基板１０が処理室内の保持構造体２０等に固着するという不良を起こすことは回避される。
また、熱電対２２ａ，２２ｂ、もしくはサーミスタなどによって温度モニターされた熱伝導体２１ａ，２１ｂが、加熱処理しようとする炭化珪素半導体基板１０と接することなく炭化珪素半導体基板１０を挟み込む程度の僅かな間隔で近接配置されているので、炭化珪素半導体基板１０の全体に亘って極めて再現性の良い熱処理プロセスを実行することができる。
なお、熱伝導体２１ａ，２１ｂと炭化珪素半導体基板１０との間隔は、例えば上下夫々０．１〜０．５ｍｍ程度が好適で、この程度の間隔が設定されるように保持構造体２０にザグリ加工することは加工方法上も容易に可能である。
上記炭化珪素半導体基板１０、保持構造体２０、熱伝導体２１ａ，２１ｂは、その配置関係が図３の斜視図に示すようになっている。炭化珪素半導体基板１０を加熱室内にセッティングする際には、図３に示すように、炭化珪素半導体基板１０に対して上側の熱伝導体２１ａをピンセットなどで持ち上げて保持構造体２０のザグリ部分に基板を位置合わせして設置し、その後熱伝導体２１ａを元に戻して覆うだけでよいので簡便に作業を行うことができる。
また、例えば図４の斜視図に示すように、保持構造体２０の四隅に突起状のストッパー２６を設け、このストッパー２６の内側に熱伝導体２１ａ，２１ｂを配置することで、保持構造体２０の取り付け位置を容易に固定することが可能となる。
なお、この実施例１では、炭化珪素半導体基板１０と保持構造体２０とを熱伝導体２１ａ，２１ｂで挟む構成としたが、上側または下側の熱伝導体２１ａ，２１ｂを削除して、下側または上側の熱伝導体２１ａ，２１ｂだけで熱処理を行うようにしてもよい。
以上説明したように、上記実施例１では、炭化珪素半導体基板１０の両面に形成された金属薄膜１１，１２が炭化珪素半導体基板１０と接触することがなく、炭化珪素半導体と金属との金属間化合物を形成することが可能となり、低抵抗なオーミックコンタクトを得ることができる。
加熱室内に置かれた炭化珪素半導体基板１０と近接して熱伝導体２１ａ，２１ｂを設けることで、熱伝導体２１ａ，２１ｂも加熱されることによって炭化珪素半導体基板１０への幅射熱をより均一にすることができる。これにより、炭化珪素半導体基板１０内に形成される半導体／金属のコンタクト部分のコンタクト抵抗のばらつきを低減することが可能となり、歩留まりを向上することができる。
熱電対２２ａ，２２ｂで熱伝導体２１ａ，２１ｂの温度を計測することで、炭化珪素半導体基板１０の狙いの温度に極めて近い温度で熱処理装置を制御することが可能となる。これにより、炭化珪素半導体基板１０に対して精度のよい加熱と、炭化珪素半導体基板１０への幅射熱をより均一にすることが可能となり、炭化珪素半導体基板１０内に形成したコンタクト部分のコンタクト抵抗のばらつきが低減されて歩留まりを向上することができる。
熱電対２２ａ，２２ｂで熱伝導体２１ａ，２１ｂの温度を計測することで、簡便で温度変化に対して追従性のよい計測と制御を行うことができる。なお、熱伝導体２１ａ，２１ｂの温度は、熱電対の他に、温度によって抵抗値の変化する金属または金属酸化物によって計測するようにしてもよい。
炭化珪素半導体基板１０の表面、裏面夫々の側に近接して熱伝導体２１ａ，２１ｂを配置したので、炭化珪素半導体基板１０の両面に電極を形成する場合であっても炭化珪素半導体基板１０の表面、裏面夫々の表面上に形成された炭化珪素半導体／金属に対して均一に熱を加えることができる。これにより、炭化珪素半導体基板１０内に形成される半導体／金属のコンタクト部分のコンタクト抵抗のばらつきを低減することが可能となり、歩留まりを向上することができる。
熱伝導体２１ａ、２１ｂをシリコン結晶で構成することで、炭化珪素半導体と金属との金属間化合物の形成に必要な熱処理温度に対して十分高い融点を持つので、熱伝導体２１ａ，２１ｂの変形や破損のおそれがなくなる。また、極めて純度の高いシリコン結晶を容易に入手可能であるので、金属間化合物の形成に妨げとなることがなく、炭化珪素半導体基板１０内に形成される半導体／金属のコンタクト部分のコンタクト抵抗のばらつきを低減することが可能となり、歩留まりを向上することができる。
加熱方法として、ラピッドサーマルアニールを用いることで、より効果的に炭化珪素半導体基板１０内に形成される半導体／金属のコンタクト部分のコンタクト抵抗のばらつきを低減することが可能となり、歩留まりを向上することができる。
［実施例２］
次に、本発明の実施例２について説明する。
次に、本発明の実施例２について説明する。
先に説明した実施例１においては、熱伝導体２１ａ，２１ｂは繰り返しの使用によって破損したり、汚染したりするため、生産の工程ではかなりの頻度で交換する必要がある。しかし、熱伝導体２１ａ，２１ｂには温度計測手段としての熱電対が２２ａ，２２ｂが固着されているため、交換に手間がかかる。また、固着されているので、熱電対２２ａ，２２ｂの交換も一緒に行わなければならない。この熱電対２２ａ，２２ｂは信頼性の高い熱電対種、例えば白金とロジウムとの合金を用いるため、保守費が増大しがちである。そこで、この実施例２は、先の実施例１と同様の効果を得るとともに、この点を改善して生産性を向上した技術を提供するものである。
図５は本発明の実施例２に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。なお、図５において、先の図１と同符号のものは同一機能を有するものであり、その説明は省略する。
図５において、この実施例２の特徴とするところは、先の実施例１で熱伝導体２１ａ，２１ｂに付設されていた熱電対２２ａ，２２ｂを削除し、この熱電対２２ａ，２２ｂに代えて炭化珪素半導体基板１０の温度を計測する温度計測手段として赤外放射温度計３６ａ，３６ｂを設けたことにあり、他は図１と同様である。
赤外放射温度計３６ａ，３６ｂは、筐体３０の外部に設けられており、赤外放射温度計３６ａは熱伝導体２１ａの温度を計測するように、赤外放射温度計３６ｂは熱伝導体２１ｂの温度を計測するように、それぞれ焦点ならびにエミッシビティが調節されている。赤外放射温度計３６ａ，３６ｂの温度情報は赤外線ランプ３５ａ，３５ｂを制御する温度調節器（図示せず）に送出される。なお、図５において、赤外放射温度計３６ａ，３６ｂに付与されている破線は、赤外線の導光を仮想的に示したものである。
このような構成の実施例２と先の実施例１との大きな相違点は、熱伝導体２１ａ，２１ｂの温度を非接触で計測していることである。これにより、熱伝導体２１ａ，２１ｂに固着する部材はなくなる。したがって、この実施例２は、先の実施例１と同様の効果が得られることに加えて、熱伝導体２１ａ，２１ｂの交換を短時間、例えば数分程度で容易に行うことが可能となる。また、高価な熱電対の交換が不要となり、保守費を効果的に削減することができる。
［実施例３］
図６は本発明の実施例３に係る半導体製造装置の構成を示す図である。図６に示す実施例３の装置は、先の図１と同様の急速加熱処理装置であり、炭化珪素半導体基板の表裏両面に電気的に接続を取るための電極を形成する工程に使用する。なお、図６の保持構造体２５以外の構成、ならびに炭化珪素半導体基板１０に対するオーミックコンタクトの電極材料などについては先の実施例１で述べた内容と同様であり、説明は省略する。
図６は本発明の実施例３に係る半導体製造装置の構成を示す図である。図６に示す実施例３の装置は、先の図１と同様の急速加熱処理装置であり、炭化珪素半導体基板の表裏両面に電気的に接続を取るための電極を形成する工程に使用する。なお、図６の保持構造体２５以外の構成、ならびに炭化珪素半導体基板１０に対するオーミックコンタクトの電極材料などについては先の実施例１で述べた内容と同様であり、説明は省略する。
図６において、この実施例３の特徴は、先の実施例１の熱伝導体が保持構造体２５を兼ねた構造体となっている。保持構造体２５の材料としては、実施例１で述べた保持構造体２０と同様に高耐熱、高純度が必要であると同時に、赤外線を吸収する材料がよく、例えばシリコン結晶が取扱いが容易でコストも安く好適であるが、他にはゲルマニウムの単結晶または多結晶、あるいは炭素または炭化珪素の焼結体などを用いることができる。
この実施例３では、図７の断面図を参照して、１ｍｍ厚程度のシリコン単結晶基板を用いた保持構造体２５の例について説明する。
通常、炭化珪素半導体基板１０の厚さは、例えば３インチφの場合で０．３５ｍｍ〜０．４ｍｍ程度であるから、シリコン基板の厚さは１ｍｍ程度あれば十分である。シリコンの保持構造体２５の所定の位置には、段差を有するザグリ２８，２９が形成されている。段差部２４を境にしたザグリ２８，２９のそれぞれの深さは、ザグリ２８では炭化珪素半導体基板１０の厚さと基板表面上に形成された金属薄膜やシリコン酸化膜などの構造体の厚さを加えた厚さよりも大きくなるように形成されている。一方、ザグリ２９は、炭化珪素半導体基板１０の裏面に形成されている金属薄膜やシリコン酸化膜などの構造体の厚さよりも深くなるように形成されている。段差部２４の張り出し量は、炭化珪素半導体基板の裏面に形成されている金属薄膜よりも基板の外側で接触するように調整されている。
このようなシリコンの保持構造体２５の製造方法としては、例えば、フォトリソグラフィ技術と酸あるいはアルカリ溶液を用いたエッチング、もしくはＲＩＥ法などのドライエッチングを用い、それぞれのエッチング条件とエッチング時間を管理してエッチング深さを制御することで容易に形成することが可能である。
図６に戻って、保持構造体２５のザグリ内部に置かれた炭化珪素半導体基板１０は、裏面の周辺部分で金属薄膜１２が形成されていない領域と保持構造体２５のザグリ内部に設けられた段差部２４との接触によって保持される。これにより、金属薄膜１１，１２は保持構造体２５に接触することはない。
シリコンの保持構造体２５には、熱電対２２ａ，２２ｂ、もしくはサーミスタなどが耐熱接着剤などで設置されており、温度計測ができるようになっている。
このような保持構造体２５を採用することで、部品点数を少なくすることが可能なため、作業性が簡便となる。また、先の実施例１で述べたのと同様の方法で、保持構造体２５の上面に、炭化珪素半導体基板１０を覆うようにシリコン結晶などの熱伝導体を配置することで、均熱性をより向上させることも可能である。
なお、上記実施例３において、温度計測手段として、熱電対２２ａ，２２ｂに代えて先の実施例２で説明した赤外温度放射計を採用してもよい。
以上説明したように、上記実施例３においては、炭化珪素半導体基板１０を保持する保持構造体２５に実施例１で説明した熱伝導体２１ａ、２１ｂの機能を備えることで、構成が簡単になり作業性を向上することができる。
［実施例４］
図８は本発明の実施例４に係る半導体装置の構成を示す図である。図８に示す実施例４の半導体装置を加熱する装置は、先の図１と同様の急速加熱処理装置であり、炭化珪素半導体基板の表裏両面に電気的に接続を取るための電極を形成する工程に使用する。なお、図８に示す急速加熱処理装置の構成、ならびに炭化珪素半導体基板１０に対するオーミックコンタクトの電極材料などについては先の実施例１で述べた内容と同様であり、説明は省略する。
図８は本発明の実施例４に係る半導体装置の構成を示す図である。図８に示す実施例４の半導体装置を加熱する装置は、先の図１と同様の急速加熱処理装置であり、炭化珪素半導体基板の表裏両面に電気的に接続を取るための電極を形成する工程に使用する。なお、図８に示す急速加熱処理装置の構成、ならびに炭化珪素半導体基板１０に対するオーミックコンタクトの電極材料などについては先の実施例１で述べた内容と同様であり、説明は省略する。
先の実施例１においては、石英やシリコンなどの材料を用いて炭化珪素半導体基板１０とは別体で保持構造体２０を形成する方法を述べたが、図８に示すこの実施例４の特徴は、炭化珪素半導体基板１０を保持する保持構造体を炭化珪素半導体基板１０上に予め形成したことにあり、保持構造体を別体で形成する必要がなくなる。
炭化珪素半導体基板１０には、金属薄膜１２の周辺に炭化珪素半導体基板１０に形成された構造体よりも突出し、保持構造体として機能するシリコン酸化膜１６が形成されている。これにより、炭化珪素半導体基板１０は熱伝導体２１ｂ上に直接置かれているが、シリコン酸化膜１６がブリッジとなって金属薄膜１２と熱伝導体２１ｂとの間には空間が形成される。したがって、金属薄膜１２は熱伝導体２１ｂと接触することが回避され、熱処理中に金属薄膜１２と例えばシリコン等の熱伝導体２１ｂとが反応して炭化珪素半導体基板１０が固着してしまうといった不具合を回避することができる。
保持構造体のシリコン酸化膜１６は、以下に示す方法によって容易に形成することが可能である。先ず例えば縦型ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極を形成する際に蒸着する金属薄膜よりも厚いシリコン酸化膜を基板裏面に各種ＣＶＤ法によってデポジションする。デポジションの厚さは、異物などの影響を受け難くするために概ね０．３μｍ程度以上が好ましい。１μｍ程度以上の膜厚を形成することが可能であれば、例えばＰＳＧ膜やＢＰＳＧ膜を用いることによって熱処理中にデポジションした膜にクラックが生じるなどの不測の事態を回避することができる。
その後、所謂リフトオフ法によって厚いシリコン酸化膜に囲まれた領域内に金属薄膜を形成する。例えばフォトリソグラフィ／エッチングによって厚いシリコン酸化膜の所定の位置を開口後、ｎ型の炭化珪素半導体基板であればＮｉなどの金属をスパッタ法、電子ビーム蒸着法などによって５０〜１００ｎｍ程度の厚さに形成し、その後レジスト膜を有機溶剤等で除去することにより基板上に厚いシリコン酸化膜１６の保持構造体を形成することができる。
なお、このブリッジ構造は熱処理後不要となるので、基板表面側の素子領域表面をフォトレジストで保護するなどした後に、希フッ酸などのエッチング液に浸してシリコン酸化膜１６のみ選択的に除去することができる。
また、先の実施例１と同様に熱伝導体で炭化珪素半導体基板１０を挟むような構成も勿論可能であって、この場合には、炭化珪素半導体基板１０の表面側にも金属薄膜１１より厚いシリコン酸化膜１５を同様に形成することによりブリッジ構造を構成することができる。さらに、温度計測手段として、熱電対２２ｂに代えて先の実施例２で説明した赤外温度放射計を採用してもよい。
以上説明したように、この実施例４では、炭化珪素半導体基板１０に金属薄膜１１，１２よりも突出した保持構造体を形成し、この保持構造体によって金属薄膜１１，１２が直接熱伝導体２１ａ，２１ｂや他の治具類に接触しない構造としたので、製造しようとする炭化珪素半導体装置の構造によって加熱処理装置側で保持構造体を個別に製作する必要がなく、利便性が向上する。
金属薄膜１１，１２よりも厚いシリコン酸化膜で保持構造体を形成することで、製造しようとする炭化珪素半導体装置の構造によって加熱処理装置側で保持構造体を個別に製作する必要がなく、利便性が向上する。
炭化珪素半導体基板１０が熱処理工程中に接触する部分には予め金属薄膜１１，１２を形成しないようにすることで、製造しようとする炭化珪素半導体装置の構造によって加熱処理側で保持構造体を個別に製作する必要がなく、利便性が向上する。
なお、上記実施例１〜４では、ワイドギャップ半導体として、炭化珪素半導体を用いたが、窒化ガリウム、ダイヤモンドなどであっても同様に実施することが可能である。これにより、上記ワイドバンドギャップ半導体におけるオーミックコンタクトの形成において、コンタクト部分のコンタクト抵抗のばらつきが低減し歩留まりを向上することができる。
本発明によれば、半導体基板の両面に良好な電気的特性を持つオーミックコンタクトを簡便に形成することができる。
Claims (34)
- 半導体基板の一方の主面と他方の主面の少なくとも一方の面上に、金属電極となる金属薄膜を形成した後、前記半導体基板を急速加熱する処理を行う半導体製造装置において、
前記半導体基板上の金属薄膜が形成されている領域外との接触によって前記半導体基板を保持し、保持した前記半導体基板を前記半導体製造装置の加熱室内に設置する保持構造体
を有することを特徴とする半導体製造装置。 - 前記保持構造体は、熱伝導体で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。 - 前記保持構造体に保持された前記半導体基板に近接して前記加熱室内に設けられた熱伝導体
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。 - 前記熱伝導体は、前記半導体基板の一方の主面側に配置された第１の熱伝導体と、前記半導体基板を挟んで前記半導体基板の他方の主面側に配置された第２の熱伝導体とで構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。 - 前記半導体基板を急速加熱する処理は、前記加熱室外から加熱された前記熱伝導体の発熱を主たる熱源として行われる
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記半導体基板の温度を計測する温度計測手段
を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記温度計測手段は、前記保持構造体または前記熱伝導体の温度を計測することによって前記半導体基板の温度を間接的に計測する
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。 - 前記温度計測手段から与えられる温度情報に基づいて、前記半導体基板の温度を制御する
ことを特徴とする請求項６または７に記載の半導体製造装置。 - 前記第１の熱伝導体の温度を計測する第１の温度計測手段と、
前記第２の熱伝導体の温度を計測する第２の温度計測手段と
を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。 - 前記第１の熱伝導体を主として加熱する第１の加熱手段と、
前記第２の熱伝導体を主として加熱する第２の加熱手段と
を有する
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。 - 前記第１の加熱手段によって加熱される前記第１の熱伝導体の温度は、前記第１の温度計測手段で計測された温度に基づいて、前記第２の加熱によって加熱される前記第２の熱伝導体の温度は、前記第２の温度計測手段で計測された温度に基づいて、それぞれ独立して個別に制御される
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体製造装置。 - 前記第１の熱伝導体と前記第２の熱伝導体との温度差は、前記半導体基板を急速加熱処理している間は、１５０℃未満もしくは２０℃未満に制御される
ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体製造装置。 - 前記温度計測手段は、前記熱伝導体に直接接続された熱電対、もしくは温度によって抵抗値が変化する金属または金属酸化物で構成されている
ことを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記温度計測手段は、測定対象から放射される赤外光を前記加熱室外で検出し、検出した赤外光に基づいて温度を計測する赤外線放射温度計で構成されている
ことを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記半導体基板が前記加熱室で急速加熱処理中に前記保持構造体と接触する部分の前記半導体基板には、予め金属薄膜が形成されないように前記半導体基板に金属薄膜パターンが形成されている
ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記保持構造体は、着脱自在に前記半導体製造装置に装着されてなる
ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記熱伝導体は、シリコン結晶で構成されている
ことを特徴とする請求項２〜１６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記熱伝導体は、ゲルマニウムの単結晶または多結晶、あるいは炭素また炭化珪素の焼結体で構成されている
ことを特徴とする請求項２〜１６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記熱伝導体は、赤外光を吸収して発熱する無機物質で構成されている
ことを特徴とする請求項２〜１６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記半導体基板は、炭化珪素、窒化ガリウム、あるいはダイヤモンドからなるワイドバンドギャップ半導体で構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 前記加熱室内に不活性ガスを導入し、加熱ランプの幅射熱によって前記加熱室内を昇温させる加熱手段
を有することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導体製造装置。 - 赤外加熱可能で平板な一対の熱伝導体の間に被熱処理基板を挟持し、前記一対の熱伝導体を前記一対の熱伝導体の外から赤外加熱することで、前記被熱処理基板を急速加熱処理する
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 半導体基板の一方の主面と他方の主面の少なくとも一方の面上に、金属電極となる金属薄膜を形成した後急速加熱処理される半導体装置において、
前記半導体基板上の前記金属薄膜が形成されている領域外に、前記半導体基板に形成された構造体よりも突出して形成され、前記半導体基板が加熱処理される際に急速加熱装置の加熱室内で前記半導体基板を保持する保持構造体
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記急速加熱装置の加熱室内には、前記保持構造体の近傍に熱伝導体が設けられなる
ことを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板を急速加熱する処理は、前記加熱室外から加熱された前記熱伝導体の発熱を主たる熱源として行われる
ことを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置。 - 前記熱伝導体は、前記半導体基板の一方の主面側に配置された第１の熱伝導体と、前記半導体基板を挟んで前記半導体基板の他方の主面側に配置された第２の熱伝導体とで構成されている
ことを特徴とする請求項２４または２５に記載の半導体装置。 - 第１の加熱手段によって加熱される前記第１の熱伝導体の温度は、前記第１の熱伝導体の温度を計測する第１の温度計測手段で計測された温度に基づいて、第２の加熱によって加熱される前記第２の熱伝導体の温度は、前記第２の熱伝導体の温度を計測する第２の温度計測手段で計測された温度に基づいて、それぞれ独立して個別に制御される
ことを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置。 - 前記第１の熱伝導体と前記第２の熱伝導体との温度差は、前記半導体基板を急速加熱処理している間は、１５０℃未満もしくは２０℃未満に制御される
ことを特徴とする請求項２７に記載の半導体装置。 - 前記熱伝導体は、シリコン結晶で構成されている
ことを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の半導体装置。 - 前記熱伝導体は、ゲルマニウムの単結晶または多結晶、あるいは炭素また炭化珪素の焼結体で構成されている
ことを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の半導体装置。 - 前記熱伝導体は、赤外光を吸収して発熱する無機物質で構成されている
ことを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板が前記加熱室で急速加熱処理中に前記保持構造体と接触する部分の前記半導体基板には、予め金属薄膜が形成されないように前記半導体基板に金属薄膜パターンが形成されている
ことを特徴とする請求項２３〜３１のいずれか１項に記載の半導体装置。 - 前記保持構造体は、シリコン酸化物で構成されている
ことを特徴とする請求項２３〜３２のいずれか１項に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板は、炭化珪素、窒化ガリウム、あるいはダイヤモンドからなるワイドバンドギャップ半導体で構成されている
ことを特徴とする請求項２３〜３３のいずれか１項に記載の半導体装置。
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