JPWO2009013886A1 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2、102 高抵抗炭化珪素半導体層
3、103 n型不純物注入マスク
4、104 pウェル領域
5、105 n型不純物領域
6 p型不純物注入マスク
7、107 p型不純物領域
8、108 チャネル層
9、109 ゲート絶縁膜
10、110 ゲート電極
11、111 第1の層間絶縁膜
12 ニッケルとアルミの積層電極膜
13、113 p型オーミック電極
14、114 第2の層間絶縁膜
15 チタン層
16、116 n型オーミック電極
17、117 パッド用電極
18、118 ドレイン電極
図3(a)は、本発明による半導体装置の第1の実施形態を示す模式的断面図である。図3(a)に示す半導体装置は、炭化珪素半導体層2を含む。
チャネル移動度:30cm2/Vsec以上(Vds=1V)
オフ耐圧:1400V以上
オン抵抗:5mΩcm2以下
n型コンタクト抵抗:1×10-5Ωcm2以下
p型コンタクト抵抗:1×10-3Ωcm2以下
測定条件は、ゲート電圧が20Vであり、ドレイン電圧は1Vである。
図5(a)は、本発明による半導体装置の第2の実施形態を示す模式的断面図であり、図5(b)は、n型オーミック電極16およびp型オーミック電極13近傍の構造を拡大して示す断面図である。
本発明の効果を確かめるために、p型オーミック電極13の電気的特性を測定し、また、組成を分析した。結果を以下に示す。
図8は、第1の実施形態と同様、5×1019cm-3の不純物濃度を有するp型炭化珪素半導体基板上にニッケル/アルミニウムの積層膜、ニッケル膜、チタン膜をそれぞれ蒸着し、950℃、2分で熱処理することにより形成したp型コンタクトの電流電圧特性を示している。図8に示すように、ニッケルアルミニウム層によるオーミック特性は、ニッケル単層のシリサイド層やチタン単層のシリサイド層を形成した場合に比べ、大幅に電流電圧特性が改善し、低濃度でもオーミック特性が実現できている。したがって、p型オーミック電極としてニッケルアルミニウムを用いることによって抵抗の低いオーミックコンタクトを実現することができるのがわかる。
炭化珪素半導体基板上に100nmのニッケル膜および50nmのアルミニウム膜を堆積し、得られた試料を窒素雰囲気下、950℃で1分間熱処理した。この試料を試料Aとする。
図3(a)は、本発明による半導体装置の第1の実施形態を示す模式的断面図である。図3(a)に示す半導体装置は、炭化珪素半導体層2を含む。
チャネル移動度:30cm2/Vsec以上(Vds=1V)
オフ耐圧:1400V以上
オン抵抗:5mΩcm2以下
n型コンタクト抵抗:1×10-5Ωcm2以下
p型コンタクト抵抗:1×10-3Ωcm2以下
測定条件は、ゲート電圧が20Vであり、ドレイン電圧は1Vである。
図5(a)は、本発明による半導体装置の第2の実施形態を示す模式的断面図であり、図5(b)は、n型オーミック電極16およびp型オーミック電極13近傍の構造を拡大して示す断面図である。
本発明の効果を確かめるために、p型オーミック電極13の電気的特性を測定し、また、組成を分析した。結果を以下に示す。
図8は、第1の実施形態と同様、5×1019cm-3の不純物濃度を有するp型炭化珪素半導体基板上にニッケル/アルミニウムの積層膜、ニッケル膜、チタン膜をそれぞれ蒸着し、950℃、2分で熱処理することにより形成したp型コンタクトの電流電圧特性を示している。図8に示すように、ニッケルアルミニウム層によるオーミック特性は、ニッケル単層のシリサイド層やチタン単層のシリサイド層を形成した場合に比べ、大幅に電流電圧特性が改善し、低濃度でもオーミック特性が実現できている。したがって、p型オーミック電極としてニッケルアルミニウムを用いることによって抵抗の低いオーミックコンタクトを実現することができるのがわかる。
炭化珪素半導体基板上に100nmのニッケル膜および50nmのアルミニウム膜を堆積し、得られた試料を窒素雰囲気下、950℃で1分間熱処理した。この試料を試料Aとする。
2、102 高抵抗炭化珪素半導体層
3、103 n型不純物注入マスク
4、104 pウェル領域
5、105 n型不純物領域
6 p型不純物注入マスク
7、107 p型不純物領域
8、108 チャネル層
9、109 ゲート絶縁膜
10、110 ゲート電極
11、111 第1の層間絶縁膜
12 ニッケルとアルミの積層電極膜
13、113 p型オーミック電極
14、114 第2の層間絶縁膜
15 チタン層
16、116 n型オーミック電極
17、117 パッド用電極
18、118 ドレイン電極
Claims (27)
- 炭化珪素半導体層を有する炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体層に設けられ、p型不純物を含むp型不純物領域と、
前記p型不純物領域に電気的に接続されたp型オーミック電極と、
前記p型不純物領域に隣接して前記炭化珪素半導体層に設けられ、n型不純物を含むn型不純物領域と、
前記n型不純物領域に電気的に接続されたn型オーミック電極と、
を備え、
前記p型オーミック電極は、ニッケル、アルミニウム、シリコンおよび炭素の合金を含み、前記n型オーミック電極は、チタン、シリコンおよび炭素の合金を含む半導体装置。 - 前記p型オーミック電極は、ニッケル、アルミニウム、シリコンおよび炭素の合金を含むp型反応層を有する請求項1に記載の半導体装置。
- 前記p型反応層はさらにチタンを含む請求項2に記載の半導体装置。
- 前記n型オーミック電極は、チタン、シリコンおよび炭素の合金を含むn型反応層を有する請求項3に記載の半導体装置。
- 前記n型オーミック電極および前記p型オーミック電極は、それぞれ窒化チタン層をさらに含む請求項4に記載の半導体装置。
- 前記n型オーミック電極において、前記窒化チタン層の厚さは、前記n型反応層の厚さよりも大きい請求項5に記載の半導体装置。
- 前記p型オーミック電極の前記反応層は、前記p型不純物領域と接している請求項6に記載の半導体装置。
- 前記n型オーミック電極の前記反応層は、前記n型不純物領域と接している請求項7に記載の半導体装置。
- 前記炭化珪素半導体層の表面において、前記n型オーミック電極は、前記p型オーミック電極を囲むように設けられている請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記p型オーミック電極において、前記炭素の濃度は、前記p型オーミック電極の表面より、前記p型不純物領域側の方が高い請求項2に記載の半導体装置。
- 前記n型オーミック電極において、前記炭素の濃度は、前記n型オーミック電極の表面より、前記n型不純物領域側の方が高い請求項4に記載の半導体装置。
- 前記n型不純物領域に接するように前記炭化珪素半導体層の表面の一部に設けられたチャネル層と、
前記チャネル層上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
をさらに備える請求項1から11のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記炭化珪素半導体層において、p型不純物がドープされ、前記n型不純物領域を包囲するように設けられたウェル領域と、
前記ウェル領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
をさらに備える請求項1から11のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記半導体基板の前記炭化珪素半導体層と反対側の面に設けられた他のオーミック電極をさらに備える請求項1から11のいずれかに記載の半導体装置。
- n型不純物領域およびp型不純物領域が互いに隣接するように設けられた炭化珪素半導体層を用意する工程(a)と、
前記p型不純物領域上に、ニッケル層およびアルミニウム層を含む積層膜を形成する工程(b)と、
前記積層膜を熱処理することにより、ニッケル、アルミニウム、シリコンおよび炭素の合金を含むp型オーミック電極を前記p型不純物領域上に形成する工程(c)と、
少なくとも前記n型不純物領域の一部上にチタン層を形成する工程(d)と、
前記チタン層を熱処理することにより、チタン、シリコンおよび炭素の合金を含むn型オーミック電極を前記n型不純物領域上に形成する工程(e)と、
を包含する半導体装置の製造方法。 - 前記工程(c)および(e)における熱処理を850℃以上1050℃以下の温度で行う請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程(c)および(e)における熱処理を窒素ガスまたはアルゴンガスを含む雰囲気中で行う請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程(b)は、
前記p型不純物領域を露出するマスクを前記炭化珪素半導体層上に形成する工程(b1)と、
前記p型不純物領域および前記マスク上に前記積層膜を形成する工程(b2)と、
を含み、
前記工程(b2)と前記工程(d)との間に、前記マスク上の前記積層膜を除去する工程(f)を含む請求項17に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(d)は、
前記n型不純物領域の一部および前記p型オーミック電極を露出するコンタクトホールを有する絶縁膜を前記炭化珪素半導体層上に形成する工程(d1)と、
前記コンタクトホール内のn型不純物領域の一部および前記p型オーミック電極上と、前記絶縁膜上に前記チタン層を形成する工程(d2)と、
前記工程(d2)以降に、前記絶縁膜上の前記チタン層の少なくとも一部を除去する工程(g)と、
を含む請求項18に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(f)において、前記積層膜をウェットエッチングによって除去する請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程(f)において、前記積層膜をドライエッチングによって除去する請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程(f)は、前記マスクを除去することにより、前記マスク上の前記積層膜を除去する請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程(g)において、前記チタン層をウェットエッチングによって除去する請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程(g)において、前記チタン層をドライエッチングによって除去する請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記マスクは、前記工程(a)において、不純物イオンの注入によって、前記炭化珪素半導体層中に前記p型不純物領域を形成するマスクである請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程(e)は、
前記チタン層を熱処理することにより、前記n型不純物領域中のシリコンおよび炭素と前記チタン層の一部とを反応させ、チタン、シリコンおよび炭素の合金を形成する工程(e1)と、
前記チタン層のうち、反応しなかった部分を除去することにより、前記合金を含むn型オーミック電極を前記n型不純物領域上に形成する工程(e2)と、
を含む請求項17に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(e2)において、前記チタン層のうち、シリコンおよび炭素と反応しなかった部分をウェットエッチングにより除去する請求項26に記載の半導体装置の製造方法。
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