JPWO2008018342A1 - 炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
炭化ケイ素の下面に、低い接触抵抗と高い接着強度を有するオーミック電極を形成した低オン抵抗の炭化ケイ素半導体装置を提供する。炭化ケイ素の上面に少なくとも絶縁膜７、および該炭化ケイ素の下面に少なくともニッケルとチタンとの合金またはニッケルとチタンのシリサイドからなるオーミック電極１２を形成したことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
Description
本発明は、炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法に係り、特に、炭化ケイ素の下面に形成されるオーミック電極に特徴を有する炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法に関する。
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）と比較して、バンドギャップが広く、絶縁破壊強度が大きいなどの優れた物性を有する。したがって、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を基板材料として用いることにより、シリコン（Ｓｉ）の限界を超えた高耐圧で低抵抗の電力用半導体装置を作製することができる。
また、炭化ケイ素（ＳｉＣ）には、シリコン（Ｓｉ）と同様に、熱酸化によって絶縁膜を形成できるという特徴がある。これらの理由から、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を基板材料とした高耐圧で低オン抵抗のＭＯＳＦＥＴが実現できると考えられ、数多くの研究開発が行われている。
また、炭化ケイ素（ＳｉＣ）には、シリコン（Ｓｉ）と同様に、熱酸化によって絶縁膜を形成できるという特徴がある。これらの理由から、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を基板材料とした高耐圧で低オン抵抗のＭＯＳＦＥＴが実現できると考えられ、数多くの研究開発が行われている。
これまでのＭＯＳＦＥＴ開発は、結晶性が良く比較的安価なエピタキシャルウエハが存在していたことから（０００１）面にて行われてきた。しかしながらこの面上ではＭＯＳ界面のチャネルの移動度が低く、低オン抵抗化が困難となっている。これに対して、非特許文献１および非特許文献２に開示されているように、（０００１）面の下面である（０００−１）面および側面である（１１−２０）面ではMOS界面のチャネル移動度が熱酸化の雰囲気に大きく影響され、ウェット雰囲気で酸化すると（０００１）面よりも高い値を示すと報告されている。従ってこの面を用いれば低オン抵抗のＭＯＳＦＥＴが実現できると期待されている。
（０００−１）面上でのＭＯＳＦＥＴの製造方法は、特許文献１に掲載されているように、ウェット酸化により絶縁膜を形成し、絶縁膜と炭化ケイ素の界面準位を水素で終端した後に、上面のコンタクトホールに例えばニッケルを蒸着し、水素を含むガス中で熱処理すると、高いチャネル移動度と低いコンタクト抵抗のオーミック電極が両立することができる。この製造過程において、下面のオーミック電極は表面電極と同時に熱処理し形成するのが一般的となっている。
下面のオーミック電極は低い接触抵抗と同時に、はんだ付けの際の高い接着強度が必要とされる。それらを両立させる手法として、特許文献２に掲載されているように、電極材料をニッケルと、例えば、チタンなどのＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族の金属との合金とする方法がある。そうすることによって、合金化の熱処理の際に、シリサイド表面に析出する炭素層がチタンなどのＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族の金属と炭化物を形成し、炭素層が起因となって接着強度が低下するのを抑制することができる。
しかしながら、前述したように炭化ケイ素の上面と下面のオーミック電極は同一の熱処理で形成するのが一般的であるため、（０００−１）面または（１１−２０）面を上面とする縦型ＭＯＳＦＥＴの製造過程では、下面のオーミック電極形成のための熱処理は水素を含んだ雰囲気で行うことになる。その結果、熱処理の雰囲気に含まれる水素によって下面のオーミック電極の表面が脆化し、はんだ付けの際の接着強度が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記の問題点に鑑み、炭化ケイ素の下面に、低い接触抵抗と高い接着強度を有するオーミック電極を形成した低オン抵抗の炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明は、上記の問題点に鑑み、炭化ケイ素の下面に、低い接触抵抗と高い接着強度を有するオーミック電極を形成した低オン抵抗の炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するために、下記の手段を採用した。
第１の手段は、炭化ケイ素の上面に少なくとも絶縁膜、および該炭化ケイ素の下面に少なくともニッケルとチタンとの合金またはニッケルとチタンのシリサイドからなるオーミック電極を形成したことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記ニッケルに対する前記チタンの比率が１７％よりも大きいことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記炭化ケイ素の下面が（０００１）面であることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第４の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記炭化ケイ素の下面が（−１１２０）面であることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第５の手段は、第１の手段ないし第４の手段のいずれか１つの手段において、前記炭化ケイ素に水素が含まれていること特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第６の手段は、炭化ケイ素の上面に少なくとも絶縁膜を形成し、該炭化ケイ素の下面に少なくともニッケルとチタンとの合金またはニッケルとチタンのシリサイドからなるオーミック電極を水素を含む雰囲気中で熱処理によって形成したことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法である。
第１の手段は、炭化ケイ素の上面に少なくとも絶縁膜、および該炭化ケイ素の下面に少なくともニッケルとチタンとの合金またはニッケルとチタンのシリサイドからなるオーミック電極を形成したことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記ニッケルに対する前記チタンの比率が１７％よりも大きいことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記炭化ケイ素の下面が（０００１）面であることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第４の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記炭化ケイ素の下面が（−１１２０）面であることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第５の手段は、第１の手段ないし第４の手段のいずれか１つの手段において、前記炭化ケイ素に水素が含まれていること特徴とする炭化ケイ素半導体装置である。
第６の手段は、炭化ケイ素の上面に少なくとも絶縁膜を形成し、該炭化ケイ素の下面に少なくともニッケルとチタンとの合金またはニッケルとチタンのシリサイドからなるオーミック電極を水素を含む雰囲気中で熱処理によって形成したことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法である。
本発明によれば、炭化ケイ素の下面に形成されるオーミック電極が水素を含む雰囲気で熱処理されても、電極表面が脆化するのが抑制され、高接着強度で且つ低抵抗の下面電極が可能となる。
１ ４Ｈ−ＳｉＣ ｎ型（０００−１）基板
２ 高濃度ｎ型ソース
３ 高濃度ｐ型領域
４ ｐウェル
５ ゲート絶縁膜
６ ポリシリコンゲート電極
７ 層間絶縁膜
８ ニッケルとアルミの金属層
９ ニッケル
１０ チタン
１１ ソースオーミック電極
１２ ドレインオーミック電極
１３ ソース金属
１４ ドレイン金属
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８ ニッケルとアルミの金属層
９ ニッケル
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１１ ソースオーミック電極
１２ ドレインオーミック電極
１３ ソース金属
１４ ドレイン金属
本発明の実施形態を図１ないし図３を用いて説明する。
図１および図２は本発明に係る電極構造を有する縦型ＭＯＳＦＥＴの作製手順を示す図である。
図１（ａ）に示すように、４Ｈ−ＳｉＣｎ型（０００−１）基板１を用意し、図１（ｂ）に示すように、上面である（０００−1）面にマスクを介してイオン注入とその後の活性化アニールによって、選択的に高濃度ｎ型ソース２、高濃度ｐ型領域３、およびpウェル４を形成した。次に、図１（ｃ）に示すように、表面に９５０℃のウェット熱酸化でゲート絶縁膜５を形成し、その上にポリシリコンゲート電極６を形成した。更に、図１（ｄ）に示すように、その上から層間絶縁膜７を堆積後、高濃度ｎ型ソース２と高濃度p型領域３の両方に接するように、コンタクトホールを形成し、その中にニッケルとアルミの金属層８を形成した。次に、図１（ｅ）に示すように、下面である（０００１）面にニッケル９を６０ｎｍ、チタン１０を厚さ２〜２０ｎｍで試料ごとに変化させ蒸着した。その後、図２（ｆ）に示すように、水素を４％含むヘリウムガス中にて９００℃で２分間保持、昇降温時間１分でアニールし、堆積した金属と炭化ケイ素の合金層からなるソースオーミック電極１１とドレインオーミック電極１２を形成した。これにより炭化ケイ素中に水素が取り込まれる。その後、図２（ｇ）に示すように、ソースオーミック電極１１上にはチタン５０ｎｍ、アルミ２ｕｍからなるソース金属１３を形成し、ドレインオーミック電極１２上にはチタン、ニッケル、銀、金を順にそれぞれ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ堆積し、ドレイン金属１４を形成した。
図１および図２は本発明に係る電極構造を有する縦型ＭＯＳＦＥＴの作製手順を示す図である。
図１（ａ）に示すように、４Ｈ−ＳｉＣｎ型（０００−１）基板１を用意し、図１（ｂ）に示すように、上面である（０００−1）面にマスクを介してイオン注入とその後の活性化アニールによって、選択的に高濃度ｎ型ソース２、高濃度ｐ型領域３、およびpウェル４を形成した。次に、図１（ｃ）に示すように、表面に９５０℃のウェット熱酸化でゲート絶縁膜５を形成し、その上にポリシリコンゲート電極６を形成した。更に、図１（ｄ）に示すように、その上から層間絶縁膜７を堆積後、高濃度ｎ型ソース２と高濃度p型領域３の両方に接するように、コンタクトホールを形成し、その中にニッケルとアルミの金属層８を形成した。次に、図１（ｅ）に示すように、下面である（０００１）面にニッケル９を６０ｎｍ、チタン１０を厚さ２〜２０ｎｍで試料ごとに変化させ蒸着した。その後、図２（ｆ）に示すように、水素を４％含むヘリウムガス中にて９００℃で２分間保持、昇降温時間１分でアニールし、堆積した金属と炭化ケイ素の合金層からなるソースオーミック電極１１とドレインオーミック電極１２を形成した。これにより炭化ケイ素中に水素が取り込まれる。その後、図２（ｇ）に示すように、ソースオーミック電極１１上にはチタン５０ｎｍ、アルミ２ｕｍからなるソース金属１３を形成し、ドレインオーミック電極１２上にはチタン、ニッケル、銀、金を順にそれぞれ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ堆積し、ドレイン金属１４を形成した。
ドレインオーミック電極１２とドレイン金属１４の密着性の良否は、試料を一旦粘着テープに貼り付け、剥がす際にテープ側に金属層が残るか否かで判定した。
図３はドレインオーミック電極１２中のニッケルに対するチタンの比率を変えた場合の、ドレインオーミック電極１２とドレイン金属１４の密着性試験の結果を示す図である。
同図に示すように、ニッケルに対するチタンの比率が０〜１２％では全ての試料で金属層が剥がれてしまったが、チタンの比率が増すと剥がれない割合が上昇し、１７％より厚くなると、即ち、上記実施例において、ニッケル９の厚さ６０ｎｍに対してチタンの厚さ１０ｎｍ以上では、全ての試料で剥がれないという結果が得られた。
図３はドレインオーミック電極１２中のニッケルに対するチタンの比率を変えた場合の、ドレインオーミック電極１２とドレイン金属１４の密着性試験の結果を示す図である。
同図に示すように、ニッケルに対するチタンの比率が０〜１２％では全ての試料で金属層が剥がれてしまったが、チタンの比率が増すと剥がれない割合が上昇し、１７％より厚くなると、即ち、上記実施例において、ニッケル９の厚さ６０ｎｍに対してチタンの厚さ１０ｎｍ以上では、全ての試料で剥がれないという結果が得られた。
以上のごとく、本実施形態の発明は、４Ｈ−ＳｉＣ ｎ型（０００−１）基板の下面である（０００１）面へのオーミック電極の形成方法を例にして説明したが、（１１−２０）基板の下面である（−１−１２０）面へも同様の効果を奏する。また、（−１−１２０）面は結晶構造上、（１１−２０）面、（１−２１０）面、（−１２−１０）面、（−２１１０）面、（２−１−１０）面と等価であるため、これらの面においても適用可能であり同様の効果を奏することができる。
Claims (6)
- 炭化ケイ素の上面に少なくとも絶縁膜、および該炭化ケイ素の下面に少なくともニッケルとチタンとの合金またはニッケルとチタンのシリサイドからなるオーミック電極を形成したことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。
- 前記ニッケルに対する前記チタンの比率が１７％よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記炭化ケイ素の下面が（０００１）面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記炭化ケイ素の下面が（−１−１２０）面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記炭化ケイ素に水素が含まれていること特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載の炭化ケイ素半導体装置
- 炭化ケイ素の上面に少なくとも絶縁膜を形成し、該炭化ケイ素の下面に少なくともニッケルとチタンとの合金またはニッケルとチタンのシリサイドからなるオーミック電極を水素を含む雰囲気中で熱処理により形成したことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
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