WO2010073455A1 - 炭化珪素半導体素子の製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体素子の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-333659 for which it applied to Japan on December 26, 2008, and uses the content here.
  • Silicon carbide semiconductors have superior characteristics such as higher breakdown voltage, wider energy band gap, and higher thermal conductivity than silicon semiconductors, so light emitting elements, high power power devices, high temperature resistant elements, radiation resistant elements Applications to devices, high frequency devices, etc. are expected.
  • a Schottky barrier diode is known as an element (SiC semiconductor element) using the silicon carbide semiconductor.
  • This Schottky barrier diode is a diode that uses a rectifying action (Schottky effect) that occurs at the interface between a metal and a semiconductor, and has a lower forward voltage drop and shorter reverse recovery time than a PN diode. Therefore, it is frequently used in power supply circuits such as switching regulators that perform high-frequency switching.
  • the reverse leakage current is large and the reverse breakdown voltage is low as compared with the PN diode. Therefore, in the Schottky barrier diode using the SiC semiconductor element, it is a problem to form an ohmic electrode having a low contact resistance in order to increase the forward current and to reduce the reverse leakage current.
  • Ni nickel
  • Patent Document 1 or 2 Japanese Patent Document 1 or 2
  • heat treatment at a high temperature after forming a Ni film on the surface of the SiC substrate is effective for obtaining an ohmic electrode having a low contact resistance.
  • Patent Documents 3 to 5 the conventional studies for reducing the leakage current described in Patent Documents 3 to 5 are based on the substrate, the crystallinity of the epitaxial layer, the structure on the surface side where the Schottky electrode exists, and the manufacturing conditions. And so on. Each method has a complicated process, and there is a problem that it is difficult to stably produce a Schottky barrier diode with reduced leakage current.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element by which a silicon carbide semiconductor element having a low forward voltage and a low reverse leakage current can be obtained by a simple method. Objective.
  • the inventor of the present application has studied a method for suppressing the leakage current of the SiC semiconductor element (Schottky barrier diode), and when the heat treatment temperature of the ohmic electrode (Ni) is increased in order to obtain an ohmic electrode having a low contact resistance, the reverse leakage occurs. It was clarified that the current increases.
  • the inventor of the present application achieves both the characteristics that the resistance value at the time of forward current flow is small and the leakage current at the time of reverse voltage application is low by setting the heat treatment temperature at the time of forming the ohmic electrode to an optimum range.
  • the present invention has been completed by finding that a SiC semiconductor element can be obtained.
  • the present invention relates to the following. (1) forming a film made of a first electrode material on one surface of a silicon carbide substrate and heat-treating it in a temperature range of 930 to 950 ° C. to form an ohmic electrode; Forming a film made of a second electrode material on the other surface and heat-treating it to form a Schottky electrode.
  • a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element comprising: (2) The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to (1), wherein the first electrode material contains at least nickel. (3) The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to (1) or (2), wherein the second electrode material is molybdenum.
  • the temperature range of the heat treatment when forming the ohmic electrode on one surface of the silicon carbide substrate is limited to 930 to 950 ° C. Then, by forming a Schottky electrode on the other surface of the silicon carbide substrate, a silicon carbide semiconductor element having a high forward current and a low reverse leakage current can be obtained. That is, when the ohmic electrode is formed on the surface of the silicon carbide substrate on the opposite side where the Schottky electrode is formed, the forward current is increased by a simple method of setting the heat treatment temperature to the optimum temperature range. A silicon carbide semiconductor element having a low reverse leakage current can be manufactured.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a Schottky barrier diode which is one embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the Schottky barrier diode of this embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the example, and is a diagram illustrating a relationship between the heat treatment temperature and the reverse leakage current when the ohmic electrode is formed.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example, and is a diagram illustrating a relationship between a heat treatment temperature and a forward voltage when forming an ohmic electrode.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a Schottky barrier diode which is an embodiment to which the present invention is applied.
  • a Schottky barrier diode 30 includes a silicon carbide (SiC) substrate 1, an ohmic electrode (ohmic electrode) 2 provided on one surface of the SiC substrate 1, and an SiC substrate 1. It is generally composed of a Schottky electrode (Schottky electrode) 3 provided on the other surface.
  • SiC substrate 1 includes an n + type SiC semiconductor substrate 1a and an n ⁇ type SiC semiconductor layer 1b epitaxially grown on the n + type SiC semiconductor substrate 1a.
  • the n + -type SiC semiconductor substrate 1a is an n-type 4H—SiC substrate, for example, a substrate having a thickness of 200 to 400 ⁇ m doped with 1.0 ⁇ 10 18 to 1.0 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 of nitrogen. is there.
  • the n ⁇ type SiC semiconductor layer 1b is an epitaxial growth layer having a thickness of 4 to 10 ⁇ m, for example, and is doped with nitrogen of 0.5 to 2.0 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 .
  • An ohmic electrode 2 is provided on the bottom surface of the SiC substrate 1, that is, the surface of the n + -type SiC semiconductor substrate 1a opposite to the n ⁇ -type SiC semiconductor layer 1b.
  • An electrode pad 4 serving as a cathode electrode is provided on the bottom surface of the ohmic electrode 2 (that is, the surface opposite to the n + -type SiC semiconductor substrate 1a).
  • the material (first electrode material) of the ohmic electrode 2 is not particularly limited as long as it forms an ohmic junction with the n + -type SiC semiconductor substrate 1a.
  • nickel (Ni) or nickel / titanium ( Those containing nickel such as (Ni / Ti) are preferred.
  • the thickness of the ohmic electrode 2 is preferably in the range of 20 to 1000 nm, more preferably in the range of 50 to 200 nm, and particularly preferably in the range of 90 to 110 nm. If the thickness is less than 20 nm, it becomes non-ohmic, which is not preferable. On the other hand, if the thickness exceeds 1000 nm, the characteristics are deteriorated due to increased carbon deposition, which is not preferable.
  • the material of the electrode pad 4 is not particularly limited.
  • titanium / nickel / silver (Ti / Ni / Ag) or the like can be used.
  • the thickness of the electrode pad 4 is preferably in the range of 200 to 700 nm.
  • the upper surface of the SiC substrate 1, that is, the surface of the n ⁇ type SiC semiconductor layer 1b opposite to the n + type SiC semiconductor substrate 1a is covered with a silicon oxide film 5 having a thickness of about several ⁇ m.
  • An opening is provided in a part of the silicon oxide film 5, and the Schottky electrode 3 is provided on the surface of the n ⁇ type SiC semiconductor layer 1b exposed from the opening.
  • An electrode pad 6 serving as an anode electrode is provided on the upper surface of the Schottky electrode 3.
  • the material of the Schottky electrode 3 is not particularly limited as long as it is a metal having a large barrier to the n ⁇ -type SiC semiconductor layer 1b.
  • molybdenum (Mo), titanium (Ti), Nickel (Ni) or the like can be used. In this embodiment, it is particularly preferable to use molybdenum (Mo) because it is stable even at high temperatures.
  • the thickness of the Schottky electrode 3 is preferably in the range of 10 to 1000 nm, more preferably in the range of 50 to 500 nm, and particularly preferably in the range of 90 to 110 nm. If the thickness is less than 10 nm, the characteristics are unstable, which is not preferable. Moreover, since it will peel by stress when thickness exceeds 1000 nm, it is unpreferable.
  • the material of the electrode pad 6 is not particularly limited.
  • nickel / titanium / aluminum (Ni / Ti / Al) or the like can be used.
  • the thickness of the electrode pad 6 is preferably in the range of 2000 to 7000 nm.
  • a low impurity concentration p-type region 7 having a JTE (Junction Termination Extension) structure is provided on the surface of the n ⁇ -type semiconductor layer 1b opposite to the n + -type SiC semiconductor substrate 1a.
  • the p-type region 7 is provided around the Schottky electrode 3 so as to partially overlap the Schottky electrode 3.
  • Al aluminum
  • the Al concentration is preferably, for example, 1.0 ⁇ 10 17 to 1.0 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the p-type region 7 is preferably 0.1 to 1.0 ⁇ m.
  • the upper surface of the silicon oxide film 5 is covered with a protective layer 8 such as polyimide.
  • An opening is provided in a part of the protective layer 8, and the upper surface of the electrode pad 6 is exposed from the opening.
  • a central region surrounded by the p-type region 7 is an active region as a Schottky diode.
  • the Schottky barrier diode 30 of this embodiment can be manufactured by the following method, for example.
  • 2A to 2D, 3A to 3D, and 4A to 4D are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the Schottky barrier diode 30 of this embodiment. is there.
  • an SiC substrate 1 is obtained by epitaxially growing an n ⁇ type semiconductor layer 1b on the surface (here, Si surface) of the n + type SiC semiconductor substrate 1a.
  • the CVD method can be used to form the n ⁇ type semiconductor layer 1b.
  • process conditions for example, silane and propane as source gases and nitrogen as a dopant gas are supplied to the chamber at a growth temperature of 1600 ° C. in a reduced pressure atmosphere of 10 ⁇ 6 Pa or less. In this way, the n ⁇ type semiconductor layer 1b having a thickness of 8 ⁇ m and an impurity concentration of 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 is formed.
  • the n ⁇ type semiconductor layer 1 b becomes an active layer that constitutes an active region of the Schottky diode 30, and has a function of ensuring the off breakdown voltage of the Schottky diode 30.
  • the thickness of the n ⁇ type semiconductor layer 1b is 4 to 10 ⁇ m, and the impurity concentration is 0.5 ⁇ 10 16 to 2.0 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3.
  • a mask layer 11 made of an oxide film is formed on the surface of the n ⁇ type semiconductor layer 1b. Specifically, an oxide film is formed on the surface of the n ⁇ type semiconductor layer 1b by a CVD method or the like. In the present embodiment, a mask layer 11 made of an oxide film having a thickness of 2.0 ⁇ m is formed on the surface of the n ⁇ type semiconductor layer 1b.
  • the mask layer 11 is patterned to form openings 11a. Opening 11a is formed such that the surface of n ⁇ type semiconductor layer 1b forming p type region 7 is exposed.
  • an impurity such as aluminum (Al) for accelerating the p-type region 7 on the surface of the n ⁇ -type semiconductor layer 1b exposed from the opening 11a of the mask layer 11 is accelerated.
  • Implantation is performed at a voltage of 10 to 300 kV.
  • the implanted Al concentration is, for example, 2.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 . In this way, the impurity implantation layer 12 is formed.
  • the mask 11 used for impurity implantation is removed.
  • a carbon film 13 serving as a protective film for the activation heat treatment is formed on the n ⁇ type semiconductor layer 1b and the impurity implantation layer 12.
  • the method for forming the carbon film 13 is not particularly limited as long as a carbon film that can be used as a protective film for the active heat treatment can be formed. Specifically, for example, a resist may be applied on the n ⁇ type semiconductor layer 1b and then heated to form a carbonized film.
  • the carbon film 13 may be formed by sputtering or CVD.
  • active heat treatment is performed using the carbon film 13 as a protective film.
  • the activation heat treatment is performed, for example, in an argon (Ar) atmosphere or an atmosphere reduced to 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa or less, with a heating temperature of 1600 to 2000 ° C. and a heating time of 1 to 5 minutes. Thereby, the p-type region 7 is formed.
  • the carbon film 13 used as the protective film is removed.
  • the carbon film 13 is removed by ashing the carbon film by thermal oxidation in an oxygen atmosphere.
  • the surface and the back surface of the SiC substrate 1 are subjected to thermal oxidation treatment, and the surface protective film is formed on the surfaces of the n + type SiC semiconductor substrate 1a and the n ⁇ type semiconductor layer 1b.
  • oxide films 14 and 15 are formed, respectively.
  • This thermal oxidation treatment is performed in a dry oxygen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 0.5 hours using a thermal oxidation furnace.
  • an oxide film 14 having a thickness of about 90 nm is formed on the surface of the n + type SiC semiconductor substrate 1a
  • an oxide film 15 having a thickness of about 20 nm is formed on the surface of the n ⁇ type semiconductor layer 1b. .
  • the ohmic electrode 2 is formed on one surface of the SiC substrate 1, that is, the surface of the n + -type SiC semiconductor substrate 1a.
  • the ohmic electrode 2 can be formed by the following method, for example. First, the oxide film 14 formed on the surface of the n + type SiC semiconductor substrate 1a is removed to expose the n + type SiC semiconductor substrate 1a. The oxide film 14 can be removed by etching using hydrofluoric acid. Next, a film (thickness: about 200 nm) made of, for example, nickel is formed as an electrode material (first electrode material) on the exposed n + -type SiC semiconductor substrate 1a by vacuum evaporation or sputtering.
  • annealing is performed for 1 to 10 minutes in a temperature range of 930 to 950 ° C. in an inert atmosphere such as argon.
  • nickel and Si in the n + type SiC semiconductor substrate 1a react to form nickel silicide.
  • the ohmic electrode 2 is formed. Since nickel silicide is formed at the interface between the ohmic electrode 2 and the n + -type SiC semiconductor substrate 1a, good ohmic characteristics can be realized.
  • an oxide film is further deposited on the surface of the oxide film 15 formed on the surface of the n ⁇ -type semiconductor layer 1b by using a CVD method or the like, so that the silicon oxide film 5 Form.
  • the Schottky electrode 3 in contact with the other surface of the SiC substrate 1, that is, the surface of the n ⁇ type semiconductor layer 1b is formed.
  • the Schottky electrode 3 is provided in a region surrounded by the p-type region 7 in the surface of the n ⁇ -type semiconductor layer 1 b so as to be in contact with the inner edge portion of the surface of the p-type region 7.
  • the Schottky electrode 3 can be formed by the following method, for example. First, a resist layer (not shown) is formed on a predetermined region in the silicon oxide film 5 by known photolithography. Thereafter, wet etching is performed using hydrofluoric acid as an etchant, and a portion of the silicon oxide film 5 that is not covered with the resist layer is removed. As a result, the surface of the n ⁇ type semiconductor layer 1b is exposed.
  • an electrode material (a film made of, for example, molybdenum (Mo) (thickness: about 100 nm) as the second electrode material) is deposited on the exposed surface of the n ⁇ -type semiconductor layer 1b and the resist layer by vacuum evaporation or sputtering. Thereafter, by removing the resist layer, the molybdenum film is patterned (lift-off method), and the Schottky electrode 3 is formed.
  • Mo molybdenum
  • the heat treatment for stabilizing the Schottky junction is performed at a temperature lower than the annealing temperature of the ohmic electrode 2.
  • this step is performed after the annealing temperature of the ohmic electrode 2.
  • an electrode pad 6 is formed on the surface of the Schottky electrode 3.
  • an insulating material such as silicon oxide is deposited using a CVD method so as to cover the Schottky electrode 3.
  • a contact hole reaching the Schottky electrode 3 is formed in the insulating material using a known dry etching technique, and then an electrode pad 6 is provided inside the contact hole.
  • the electrode pad 6 is formed by depositing a conductive material such as nickel / titanium / aluminum (Ni / Ti / Al) inside the contact hole to form a conductive film (thickness: 3 ⁇ m, for example). It can be formed by patterning using a known photolithography technique and etching technique.
  • a protective layer 8 is formed on the surfaces of the silicon oxide film 5 and the electrode pad 6.
  • a layer made of an insulating material such as polyimide is formed so as to cover the surfaces of the silicon oxide film 5 and the electrode pad 6.
  • an opening is formed in a part of the protective layer 8 by patterning using a known photolithography technique and etching technique, and the upper surface of the electrode pad 6 is exposed from this opening.
  • the electrode pad 4 is formed on the surface of the ohmic electrode 2.
  • the electrode pad 4 is formed by depositing a conductive material such as titanium / nickel / silver (Ti / Ni / Ag) on the surface of the ohmic electrode 2. In this way, the Schottky barrier diode 30 is obtained.
  • the temperature range is limited to 930 to 950 ° C.
  • Schottky electrode 3 on the other surface of SiC substrate 1, that is, the surface of n ⁇ type semiconductor layer 1b, Schottky barrier diode 30 having a high forward current and a low reverse leakage current is obtained.
  • the Schottky barrier diode 30 having a high forward current and a low reverse leakage current can be manufactured by a simple method of setting the heat treatment temperature to an optimum temperature range. it can.
  • n in Si surface in the n + -type SiC semiconductor substrate 1a - although -type semiconductor layer 1b epitaxially grown, the C surface the n - -type semiconductor layer 1b epitaxially grown, constituting a Schottky diode May be.
  • the silicon oxide film 5 thermal oxide film, CVD oxide film
  • polyimide may be directly formed on the semiconductor surface without using this.
  • this method is not limited to a single Schottky barrier diode, but can be similarly applied to an FET or an integrated device including a Schottky barrier as a component.
  • Example preparation The Schottky barrier diode of the example was manufactured by the following procedure. First, as an SiC semiconductor, an n-type 4H—SiC semiconductor layer is 8 ⁇ m thick with a carrier concentration of 1 ⁇ 10 16 cm on an n-type 4H—SiC semiconductor substrate (thickness 350 ⁇ m, resistivity 0.02 ⁇ cm) having a diameter of 3 inches. -3 was prepared by epitaxial growth.
  • the thermal oxide film was formed only on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side.
  • the SiC semiconductor was put in a vapor deposition apparatus, and nickel (Ni) was vapor deposited on the 4H-SiC semiconductor substrate side to a thickness of 100 nm. And it put in the chamber and heat-processed by heating at 950 degreeC for 3 minute (s) in argon (Ar) atmosphere. In this way, nickel was silicided to form an ohmic electrode having good contact resistance.
  • the SiC semiconductor is immersed in HF to remove the thermal oxide film on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side, and n-type 4H—SiC is used so that the Schottky electrode becomes 2 mm ⁇ using a photolithography technique.
  • a resist pattern was formed on the surface of the semiconductor epilayer side.
  • a SiC semiconductor was put in a vapor deposition apparatus, molybdenum (Mo) was formed on the surface on the n-type 4H—SiC semiconductor layer epilayer side, and lift-off was performed in an organic solvent to produce a Schottky electrode pattern.
  • the Schottky barrier diode of the example manufactured in this way had a leakage current of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 A or less when a reverse voltage of 300 V was applied. Moreover, the forward current when a forward voltage of 1.65 V was applied was 500 A / cm 2 . From the above, it was confirmed that the silicon carbide semiconductor device of the present invention has both a low leakage current and a high forward current (low forward voltage) at a high level.
  • Example preparation The Schottky barrier diode of the example was manufactured by the following procedure. First, as an SiC semiconductor, an n-type 4H—SiC semiconductor layer is 8 ⁇ m thick with a carrier concentration of 1 ⁇ 10 16 cm on an n-type 4H—SiC semiconductor substrate (thickness 350 ⁇ m, resistivity 0.02 ⁇ cm) having a diameter of 3 inches. -3 was prepared by epitaxial growth.
  • the thermal oxide film was formed only on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side.
  • the SiC semiconductor was put into a vapor deposition apparatus, and nickel (Ni) was vapor-deposited on the 4H-SiC semiconductor substrate side so as to have a thickness of 100 nm. And it put in the chamber and heat-processed by heating at 930 degreeC for 3 minute (s) in argon (Ar) atmosphere. In this manner, nickel was silicided to form an ohmic electrode having good contact resistance.
  • the SiC semiconductor is immersed in HF to remove the thermal oxide film on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side, and n-type 4H—SiC is used so that the Schottky electrode becomes 2 mm ⁇ using a photolithography technique.
  • a resist pattern was formed on the surface of the semiconductor epilayer side.
  • a SiC semiconductor was put in a vapor deposition apparatus, molybdenum (Mo) was formed on the surface on the n-type 4H—SiC semiconductor layer epilayer side, and lift-off was performed in an organic solvent to produce a Schottky electrode pattern.
  • the Schottky barrier diode of the example manufactured in this way had a leakage current of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 A or less when a reverse voltage of 300 V was applied. Moreover, the forward current when a forward voltage of 1.65 V was applied was 500 A / cm 2 . From the above, it was confirmed that the silicon carbide semiconductor element of the present invention has both a low leakage current and a high forward current at a high level.
  • Example preparation The Schottky barrier diode of the example was manufactured by the following procedure. First, as an SiC semiconductor, an n-type 4H—SiC semiconductor layer having a thickness of 8 ⁇ m and a carrier concentration of 1 ⁇ 10 16 cm is formed on an n-type 4H—SiC semiconductor substrate having a diameter of 3 inches (thickness 350 ⁇ m, resistivity 0.02 ⁇ cm). -3 was prepared by epitaxial growth.
  • the thermal oxide film was formed only on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side.
  • the SiC semiconductor was put in a vapor deposition apparatus, and nickel (Ni) was vapor deposited on the 4H-SiC semiconductor substrate side to a thickness of 100 nm. And it put in the chamber and heat-processed by heating at 970 degreeC for 3 minute (s) in argon (Ar) atmosphere. In this way, nickel was silicided to form an ohmic electrode having good contact resistance.
  • the SiC semiconductor is immersed in HF to remove the thermal oxide film on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side, and n-type 4H—SiC is used so that the Schottky electrode becomes 2 mm ⁇ using a photolithography technique.
  • a resist pattern was formed on the surface of the semiconductor epilayer side.
  • a SiC semiconductor was put in a vapor deposition apparatus, molybdenum (Mo) was formed on the surface on the n-type 4H—SiC semiconductor layer epilayer side, and lift-off was performed in an organic solvent to produce a Schottky electrode pattern.
  • the Schottky barrier diode of the example manufactured in this way has a leakage current of 1 ⁇ 10 ⁇ 7 A or more when a reverse voltage of 300 V is applied, and the ohmic electrode heat treatment temperature is 950 ° C. or less. It was confirmed that the current increased.
  • n-type 4H—SiC semiconductor layer is 8 ⁇ m thick with a carrier concentration of 1 ⁇ 10 16 cm on an n-type 4H—SiC semiconductor substrate (thickness 350 ⁇ m, resistivity 0.02 ⁇ cm) having a diameter of 3 inches.
  • -3 was prepared by epitaxial growth.
  • the thermal oxide film was formed only on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side.
  • the SiC semiconductor was put in a vapor deposition apparatus, and nickel (Ni) was vapor deposited on the 4H-SiC semiconductor substrate side to a thickness of 100 nm. And it put in the chamber and heat-processed by heating at 900 degreeC for 3 minute (s) in argon (Ar) atmosphere. In this way, nickel was silicided to form an ohmic electrode having good contact resistance.
  • the SiC semiconductor is immersed in HF to remove the thermal oxide film on the n-type 4H—SiC semiconductor epilayer side, and n-type 4H—SiC is used so that the Schottky electrode becomes 2 mm ⁇ using a photolithography technique.
  • a resist pattern was formed on the surface of the semiconductor epilayer side.
  • a SiC semiconductor was put in a vapor deposition apparatus, molybdenum (Mo) was formed on the surface on the n-type 4H—SiC semiconductor layer epilayer side, and lift-off was performed in an organic solvent to produce a Schottky electrode pattern.
  • the forward voltage at a forward current of 500 A / cm 2 is 1.75 V or higher, and the ohmic electrode heat treatment temperature is 930 ° C. or higher. Was confirmed to be high.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the reverse leakage current when forming the ohmic electrode.
  • the reverse leakage current at the reverse applied voltage of 300 V increases when the annealing temperature when forming the ohmic electrode is higher than the specific temperature. That is, it is understood that the annealing temperature when forming the ohmic electrode 2 is achieved at 950 ° C. or lower when the reverse leakage current value of 1 ⁇ 10 6 A at a reverse application voltage of 300 V, which is generally required, is used as a reference. It was.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the forward voltage when forming the ohmic electrode.
  • the forward voltage when flowing 500 A / cm 2 is the forward voltage because the contact resistance of the ohmic electrode decreases when the annealing temperature when forming the ohmic electrode is higher than a specific temperature. The voltage drops. Therefore, it has been found that the forward voltage is stabilized and reaches the target value of 1.65 V at an annealing temperature of 930 ° C. or higher.
  • the optimum heat treatment temperature for forming the ohmic electrode was 930 ° C. to 950 ° C. It was confirmed that a Schottky barrier diode having both the characteristics that the resistance value during forward current flow is small and the leakage current during reverse voltage application is low can be obtained by setting the optimum range.
  • the annealing temperature at the time of forming the ohmic electrode has an influence on the reverse leakage current, which means that the ohmic electrode is formed after the formation of the Schottky electrode and is not subjected to annealing. I can confirm. In this case, the reverse leakage current is stable at a low level. However, it has been found that under such conditions, the contact resistance of the ohmic electrode is large and cannot be adopted as a practical manufacturing condition of a Schottky barrier diode.
  • the reason why the annealing temperature of the ohmic electrode formed on one surface of the SiC substrate affects the leakage current of the Schottky electrode formed on the other surface is not clear at this time, but the SiC substrate It is conceivable that this is caused by a defect that easily moves through the crystal, such as a vacancy or a defect accompanying the vacancy, from one of the surfaces.
  • the surface state on the Schottky electrode side changed. That is, it is presumed that only the electrical state has changed from the electron concentration obtained by scanning capacitance measurement. However, at this time, defects such as EPD due to KOH etching, surface morphology measured by AFM, impurities measured by SIMS, etc. are not changed at all, and it is presumed that only the electrical state is changed.
  • the present invention can be applied to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element.
  • SYMBOLS 1 Silicon carbide (SiC) substrate 1a ... n + type SiC semiconductor substrate 1a 1b ... n - type SiC semiconductor layer 2 ... ohmic electrode (ohmic electrode) 3 ... Schottky electrode (Schottky electrode) 4, 6 ... Electrode pads 5 ... Silicon oxide film 7 ... P-type region 8 ... Protective layer 30 ... Schottky barrier diode (silicon carbide semiconductor element)

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Abstract

　順方向電流が高く、逆方向リーク電流が低い炭化珪素半導体素子を簡便な方法で得られる炭化珪素半導体素子の製造方法が提供される。そのような炭化珪素半導体素子の製造方法は、炭化珪素基板の一方の面に第１の電極材料からなる膜を成膜し、９３０～９５０℃の温度範囲で熱処理してオーミック性の電極を形成する工程と、前記炭化珪素基板の他方の面に第２の電極材料からなる膜を成膜し、熱処理してショットキー性の電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法を採用する。

Description

炭化珪素半導体素子の製造方法
　本発明は、炭化珪素半導体素子の製造方法に関するものである。
　本願は、２００８年１２月２６日に、日本に出願された特願２００８－３３３６５９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　炭化珪素半導体は、シリコン半導体よりも絶縁破壊電圧が大きく、エネルギーバンドギャップが広く、また、熱伝導度が高いなど優れた特徴を有するので、発光素子、大電力パワーデバイス、耐高温素子、耐放射線素子、高周波素子等への応用が期待されている。
　ところで、上記炭化珪素半導体を用いた素子（ＳｉＣ半導体素子）として、ショットキーバリアダイオードが知られている。このショットキーバリアダイオードは、金属と半導体との接合面で生じる整流作用(ショットキー効果)を利用したダイオードであり、ＰＮダイオードに比べると順方向の電圧降下が低く、逆回復時間が短いという特性を有していることから、高周波スイッチングを行うスイッチング・レギュレータ等の電源回路に多用されている。
　しかしながら、ＰＮダイオードに比べると逆方向漏れ電流が大きく、逆耐圧は低いという欠点を有する。したがって、ＳｉＣ半導体素子を用いたショットキーバリアダイオードでは、順方向電流を増加するために低コンタクト抵抗であるオーミック電極を形成すると共に、逆方向のリーク電流を低減させることが課題であった。
　一般的に、低コンタクト抵抗であるオーミック電極を得るためには、ニッケル（Ｎｉ）を電極として用いることが知られている（例えば、特許文献１又は２を参照）。また、ＳｉＣ基板の表面にＮｉを成膜した後、高い温度で熱処理することが低コンタクト抵抗のオーミック電極を得るのに有効であることが知られている。
　一方、逆方向のリーク電流を低減させるために、様々な検討がなされている。例えば、基板やエピ層に存在するマイクロパイプなどの結晶欠陥の低減、ショットキー電極端部の電界集中を防ぐ為のガードリング構造等が提案されている。さらに、ショットキー電極側のＳｉＣ層の不純物濃度やショットキー電極の高さなどが検討されている（特許文献３～５参照）。
特開２００３－２４３３２３号公報 特開２００７－１８４５７１号公報 特開２０００－１３３８１９号公報 特開２００４－２６６１１５号公報 特開２００７－１４９８３９号公報
　しかしながら、特許文献３～５に記載されている従来のリーク電流を低減するための検討は、リーク電流の原因を基板、エピタキシャル層の結晶性、ショットキー電極が存在する表面側の構造及び作製条件等に解決策を求めるものであった。そして、いずれの方法も工程が複雑になることから、リーク電流が低減されたショットキーバリアダイオードを安定的に生産することが困難であるという問題があった。
　本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、順方向電圧が低く、逆方向リーク電流が低い炭化珪素半導体素子を簡便な方法で得られる炭化珪素半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
　本願発明者は、ＳｉＣ半導体素子（ショットキーバリアダイオード）のリーク電流を抑制する方法について検討し、低コンタクト抵抗のオーミック電極を得るためにオーミック電極（Ｎｉ）の熱処理温度を高くすると、逆方向リーク電流が増加することを解明した。
そして、本願発明者は、オーミック電極形成時の熱処理温度を最適な範囲とすることで、順方向電流通流時の抵抗値が小さく、逆方向電圧印加時のリーク電流が低いという特性を両立させるＳｉＣ半導体素素子が得られることを見出して本願発明を完成させた。
　すなわち、本発明は以下に関する。
（１）　炭化珪素基板の一方の面に第１の電極材料からなる膜を成膜し、９３０～９５０℃の温度範囲で熱処理してオーミック性の電極を形成する工程と、前記炭化珪素基板の他方の面に第２の電極材料からなる膜を成膜し、熱処理してショットキー性の電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。
（２）　前記第１の電極材料が、少なくともニッケルを含むことを特徴とする前項（１）に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
（３）　前記第２の電極材料が、モリブデンであることを特徴とする、前項（１）又は（２）に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
（４）　前記ショットキー性の電極を形成する工程の熱処理が、６００～７００℃の温度範囲であることを特徴とする前項（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
（５）　前記炭化珪素半導体素子がショットキーバリアダイオードであることを特徴とする前項（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
　本発明の炭化珪素半導体素子の製造方法によれば、炭化珪素基板の一方の面にオーミック性の電極を形成する際の熱処理の温度範囲を９３０～９５０℃に限定した構成を有している。そして、上記炭化珪素基板の他方の面にショットキー性の電極を形成することにより、順方向電流が高く、逆方向リーク電流が低い炭化珪素半導体素子が得られる。すなわち、ショットキー性の電極が形成される反対側の炭化珪素基板の面にオーミック性の電極の形成する際に、熱処理温度を最適な温度範囲とするという簡便な方法により、順方向電流が高く、逆方向リーク電流が低い炭化珪素半導体素子を製造することができる。
図１は、本発明を適用した一本実施形態であるショットキーバリアダイオードを示す断面模式図である。 図２は、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法を示す工程断面図である。 図３は、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法を示す工程断面図である。 図４は、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法を示す工程断面図である。 図５は、実施例を説明するための図であって、オーミック電極を形成する際の熱処理温度と逆方向リーク電流との関係を示す図である。 図６は、実施例を説明するための図であって、オーミック電極を形成する際の熱処理温度と順方向電圧との関係を示す図である。
　以下、本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体素子の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。ここでは、炭化珪素半導体素子の一つとして、ショットキーバリアダイオードを用いて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
　図１は、本発明を適用した一実施形態であるショットキーバリアダイオードの断面模式図である。図１に示すように、ショットキーバリアダイオード３０は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板１と、このＳｉＣ基板１の一方の面に設けられたオーミック電極（オーミック性の電極）２と、ＳｉＣ基板１の他方の面に設けたれたショットキー電極（ショットキー性の電極）３とから概略構成されている。ＳｉＣ基板１は、具体的には、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａと、このｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａ上にエピタキシャル成長されたｎ－型ＳｉＣ半導体層１ｂとから構成されている。
　ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａは、ｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ基板であり、例えば１．０×１０１８～１．０×１０１９ｃｍ－３の窒素がドーピングされた厚さ２００～４００μｍの基板である。また、ｎ－型ＳｉＣ半導体層１ｂは、例えば厚さ４～１０μｍのエピタキシャル成長層であり、０．５～２．０×１０１６ｃｍ－３の窒素がドーピングされている。
　ＳｉＣ基板１の底面、すなわち、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａのｎ－型ＳｉＣ半導体層１ｂと反対側の面には、オーミック電極２が設けられている。そして、オーミック電極２の底面（すなわち、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａと反対側の面）には、カソード電極となる電極パッド４が設けられている。
　オーミック電極２の材質（第１の電極材料）は、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａとオーミック接合を形成するものであれば特に限定されるものではないが、例えばニッケル（Ｎｉ）やニッケル／チタン（Ｎｉ／Ｔｉ）等のニッケルを含有するものが好ましい。また、オーミック電極２の厚さは２０～１０００ｎｍの範囲が好ましく、５０～２００ｎｍの範囲がより好ましく、９０～１１０ｎｍの範囲が特に好ましい。厚さが２０ｎｍ未満であると、非オーミック性となるため好ましくない。また、厚さが１０００ｎｍを超えると、カーボン析出増大による特性劣化があるため好ましくない。
　電極パッド４の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、チタン／ニッケル／銀（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇ）等を用いることができる。また、電極パッド４の厚さは、２００～７００ｎｍの範囲が好ましい。
　ＳｉＣ基板１の上面、すなわち、ｎ－型ＳｉＣ半導体層１ｂのｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａと反対側の面は、数μｍ程度の厚さのシリコン酸化膜５で被覆されている。このシリコン酸化膜５の一部に開口部が設けられており、この開口部から露出するｎ－型ＳｉＣ半導体層１ｂの表面にショットキー電極３が設けられている。そして、ショットー電極３の上面には、アノード電極となる電極パッド６が設けられている。
　ショットキー電極３の材質（第２の電極材料）は、ｎ－型ＳｉＣ半導体層１ｂに対する障壁が大きな金属であれば特に限定されるものではないが、例えばモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることができる。本実施形態では、特にモリブデン（Ｍｏ）を用いることが高温でも安定であるために好ましい。また、ショットキー電極３の厚さは、１０～１０００ｎｍの範囲が好ましく、５０～５００ｎｍの範囲がより好ましく、９０～１１０ｎｍの範囲が特に好ましい。厚さが１０ｎｍ未満であると、特性不安定であるため好ましくない。また、厚さが１０００ｎｍを超えると、応力による剥離があるため好ましくない。
　電極パッド６の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ニッケル／チタン／アルミニウム（Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｌ）等を用いることができる。また、電極パッド６の厚さは、２０００～７０００ｎｍの範囲が好ましい。
　また、ｎ－型半導体層１ｂのｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａと反対側の表面には、ＪＴＥ（Junction Termination Extension）構造としての低不純物濃度のｐ型領域７が設けられている。このｐ型領域７は、ショットキー電極３の周囲に、上記ショットキー電極３と一部重なるように接続されて設けられている。
　ｐ型領域７は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）を注入する。Ａｌ濃度は、例えば、１．０×１０１７～１．０×１０１９ｃｍ－３が好ましい。また、ｐ型領域７の厚さは、０．１～１．０μｍが好ましい。
　シリコン酸化膜５の上面は、ポリイミド等の保護層８で被覆されている。この保護層８の一部に開口部が設けられており、この開口部から電極パッド６の上面が露出している。
そして、ｐ型領域７に囲まれた中心領域がショットキーダイオードとしての活性領域である。
　次に、本実施形態のショットキーバリアダイオード３０の製造方法について説明する。
　本実施形態のショットキーバリアダイオード３０は、例えば次のような方法で製造できる。図２（ａ）～（ｄ）、図３（ａ）～（ｄ）及び図４（ａ）～（ｄ）は、本実施形態のショットキーバリアダイオード３０の製造方法を例示する工程断面図である。
　まず、図２（ａ）に示すように、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａの表面（ここではＳｉ面）にｎ－型半導体層１ｂをエピタキシャル成長させることにより、ＳｉＣ基板１を得る。
ｎ－型半導体層１ｂの形成には、ＣＶＤ法を用いることができる。プロセス条件としては、例えば、１０－６Ｐａ以下の減圧雰囲気下、成長温度１６００℃で原料ガスであるシランおよびプロパンと、ドーパントガスである窒素をチャンバーに供給する。このようにして、厚さが８μｍ、不純物濃度が１×１０１６ｃｍ－３のｎ－型半導体層１ｂを形成する。
　ｎ－型半導体層１ｂは、ショットキーダイオード３０の活性領域を構成する活性層となり、ショットキーダイオード３０のオフ耐圧を確保する機能を有する。例えば、１．６５Ｖの耐圧を有するショットキーダイオードを作製する場合、ｎ－型半導体層１ｂの厚さは４～１０μｍ、不純物濃度は０．５×１０１６～２．０×１０１６ｃｍ－３に設定される。
　次に、図２（ａ）に示すように、ｎ－型半導体層１ｂの表面に酸化膜からなるマスク層１１を形成する。具体的には、ｎ－型半導体層１ｂの表面に、ＣＶＤ法等により酸化膜を形成する。本実施形態では、ｎ－型半導体層１ｂの表面に厚さが２．０μｍの酸化膜からなるマスク層１１を形成する。
　次に、図２（ｂ）に示すように、マスク層１１をパターニングして開口部１１ａを形成する。開口部１１ａは、ｐ型領域７を形成するｎ－型半導体層１ｂの表面が露出するように形成する。
　次に、図２（ｃ）に示すように、マスク層１１の開口部１１ａから露出するｎ－型半導体層１ｂの表面にｐ型領域７を形成するための不純物、例えばアルミニウム（Ａｌ）を加速電圧１０～３００ｋＶで注入する。また、注入されたＡｌ濃度は、例えば、２．０×１０１８ｃｍ－３とする。このようにして、不純物注入層１２を形成する。
　次に、図２（ｄ）に示すように、不純物注入に用いたマスク１１を除去する。続いて、ｎ－型半導体層１ｂ及び不純物注入層１２の上に、活性化熱処理の保護膜となるカーボン膜１３を形成する。
　カーボン膜１３の形成方法は、活性加熱処理の保護膜として用いることができるカーボン膜を形成可能であれば、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ｎ－型半導体層１ｂ上にレジストを塗布した後、加熱して炭化膜としても良い。また、カーボン膜１３は、スパッタやＣＶＤによって成膜しても良い。
　次に、カーボン膜１３を保護膜として活性加熱処理を行う。活性化熱処理は、例えばアルゴン（Ａｒ）雰囲気あるいは１×１０－２Ｐａ以下に減圧した雰囲気で、加熱温度が１６００～２０００℃、加熱時間が１～５分で行う。これにより、ｐ型領域７が形成される。
　次に、図３（ａ）に示すように、保護膜として用いたカーボン膜１３を除去する。カーボン膜１３の除去は、酸素雰囲気の熱酸化によりカーボン膜を灰化して除去する。
　次に、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＣ基板１の表面及び裏面に対して熱酸化処理を行い、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａおよびｎ－型半導体層１ｂの表面に、表面保護膜として、それぞれ酸化膜１４、１５を形成する。この熱酸化処理は、熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気中、１２００℃の温度で０．５時間行う。これにより、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａの表面に厚さが９０ｎｍ程度の酸化膜１４が形成されるとともに、ｎ－型半導体層１ｂの表面に厚さが２０ｎｍ程度の酸化膜１５が形成される。
　次に、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＣ基板１の一方の面、すなわち、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａの表面に、オーミック電極２を形成する。
　オーミック電極２は、例えば次のような方法で形成できる。まず、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａの表面に形成された酸化膜１４を除去して、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａを露出する。酸化膜１４は、フッ酸を用いてエッチングを行うことによって除去できる。次に、露出したｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａの上に、電極材料（第１の電極材料）として例えばニッケルからなる膜（厚さ：２００ｎｍ程度）を真空蒸着法あるいはスパッタで成膜する。
　続いて、アルゴンなどの不活性雰囲気中、９３０～９５０℃の温度範囲で１～１０分のアニールを行う。これにより、ニッケルとｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａにおけるＳｉとが反応してニッケルシリサイドとなる。このようにして、オーミック電極２を形成する。オーミック電極２とｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａとの界面には、ニッケルシリサイドが形成されているため、良好なオーミック特性を実現できる。
　この後、図３（ｄ）に示すように、ｎ－型半導体層１ｂの表面に形成した酸化膜１５の表面に、ＣＶＤ法等を用いてさらに酸化膜を堆積させることで、シリコン酸化膜５を形成する。
　次に、図４（ａ）に示すように、シリコン酸化膜５の一部を除去して、ＳｉＣ基板１の他方の面、すなわち、ｎ－型半導体層１ｂの表面に接するショットキー電極３を形成する。なお、ショットキー電極３は、ｎ－型半導体層１ｂの表面のうちｐ型領域７に包囲された領域に、このｐ型領域７の表面における内縁部に接するように設けられる。
　ショットキー電極３は、例えば次のような方法で形成できる。まず、シリコン酸化膜５における所定の領域上に、公知のフォトリソグラフィーにより図示略のレジスト層を形成する。この後、フッ酸をエッチング液として用いてウェットエッチングを行い、シリコン酸化膜５のうちレジスト層によって覆われていない部分を除去する。これによって、ｎ－型半導体層１ｂの表面が露出する。
　続いて、露出したｎ－型半導体層１ｂの表面およびレジスト層の上に、電極材料（第２の電極材料として例えばモリブデン（Ｍｏ）からなる膜（厚さ：１００ｎｍ程度）を真空蒸着法あるいはスパッタにより成膜する。その後、レジスト層を除去することにより、モリブデン膜がパターニングされ（リフトオフ法）、ショットキー電極３が形成される。
　本実施形態では、ショットキー電極３とｎ－型半導体層１ｂとの密着性を強化するために、レジスト層を除去した後に、アルゴンなどの不活性雰囲気中、６００～７００℃の温度で約３０分間のアニールを行う。なお、ショットキー接合安定化のための上記熱処理は、オーミック電極２のアニール温度より低い温度で行う。また、ショットキー接合安定化のための熱処理は、オーミック電極２のアニール温度より低いので、この工程はオーミック電極２のアニール温度より後に行う。
　次に、図４（ｂ）に示すように、ショットキー電極３の表面に電極パッド６を形成する。先ず、ショットキー電極３を覆うように、ＣＶＤ法を用いて酸化シリコンなどの絶縁材料（図示せず）を堆積させる。次に、公知のドライエッチング技術を用いて、絶縁材料にショットキー電極３に達するコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内部に電極パッド６を設ける。電極パッド６は、例えば、ニッケル／チタン／アルミニウム（Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｌ）等の導電材料をコンタクトホール内部に堆積させて導電膜（厚さ：例えば３μｍ）を形成し、この導電膜に対して、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることによって形成できる。
　次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜５及び電極パッド６の表面に保護層８を形成する。保護層８は、先ず、シリコン酸化膜５及び電極パッド６の表面を覆うように、ポリイミド等の絶縁材料からなる層を形成する。次に、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることによって、保護層８の一部に開口部を形成し、この開口部から電極パッド６の上面を露出させる。
　次に、図４（ｄ）に示すように、オーミック電極２の表面に電極パッド４を形成する。
電極パッド４は、チタン／ニッケル／銀（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇ）等の導電材料をオーミック電極２の表面に堆積させて形成する。このようにして、ショットキーバリアダイオード３０が得られる。
　以上説明したように、本実施形態のショットキーバリアダイオード３０の製造方法によれば、ＳｉＣ基板１の一方の面、すなわちｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａの表面にオーミック電極２を形成する際の熱処理の温度範囲を９３０～９５０℃に限定した構成を有している。そして、ＳｉＣ基板１の他方の面、すなわちｎ－型半導体層１ｂの表面にショットキー電極３を形成することにより、順方向電流が高く、逆方向リーク電流が低いショットキーバリアダイオード３０が得られる。このように、オーミック電極２を形成する際に、熱処理温度を最適な温度範囲とするという簡便な方法により、順方向電流が高く、逆方向リーク電流が低いショットキーバリアダイオード３０を製造することができる。
　なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態においては、ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａにおけるＳｉ面にｎ－型半導体層１ｂをエピタキシャル成長させたが、Ｃ面にｎ－型半導体層１ｂをエピタキシャル成長させて、ショットキーダイオードを構成してもよい。また、本実施形態では保護膜としてシリコン酸化膜５（熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜）を用いているが、これを用いずにポリイミドを直接半導体表面に形成しても良い。また、この方法は、ショットキーバリアダイオード単体に限らず、構成要素にショットキーバリアを含むＦＥＴや集積素子なども同様に適用できる。
　以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
（試料作製）
　実施例のショットキーバリアダイオードを以下の手順で製造した。
　先ず、ＳｉＣ半導体として、口径３インチのｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板（厚さ３５０μｍ・抵抗率０．０２Ωｃｍ）上に、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層を厚さ８μｍ、キャリア濃度１×１０１６ｃｍ－３でエピタキシャル成長させたものを用意した。
　次に、上記ＳｉＣ半導体の表面を洗浄後、酸素雰囲気中、１２００℃で２時間加熱して、熱酸化膜を形成させた。その後、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にレジスト膜を塗布し、ＨＦ中に１０分間浸すことにより、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側の熱酸化膜を除去した。そして、有機溶剤に浸すことにより、レジスト膜を除去した。このようにして、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にのみ熱酸化膜が形成されている状態とした。
　次に、蒸着装置に上記ＳｉＣ半導体を入れて、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側にニッケル（Ｎｉ）を１００ｎｍの厚さとなるように蒸着した。そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、９５０℃で３分間加熱して熱処理を行った。このように、ニッケルをシリサイド化させて、良好なコンタクト抵抗を有するオーミック電極を形成した。
　次に、ＳｉＣ半導体をＨＦ中に浸漬してｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の熱酸化膜を除去し、フォトリソグラフィー技術を用いてショットキー電極が２ｍｍ□に成るようにｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の表面にレジストパターンを形成した。そして、蒸着装置にＳｉＣ半導体を入れて、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層エピ層側の表面にモリブデン（Ｍｏ）を形成し、有機溶剤中でリフトオフを実施してショットキー電極のパターンを作製した。
　そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、６５０℃で１０分間熱処理を行った。このようにして、ショットキー特性を有するモリブデン（Ｍｏ）電極を形成した。
（特性評価）
　このようにして製造した実施例のショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧３００Ｖを印加した際のリーク電流が１×１０－６Ａ以下であった。また、順方向電圧１．６５Ｖを印加した際の順方向電流が５００Ａ／ｃｍ２であった。以上より、本発明の炭化珪素半導体素子は、低リーク電流と高順方向電流（低順方向電圧）とを高次元で両立することが確認された。
＜実施例２＞
（試料作製）
　実施例のショットキーバリアダイオードを以下の手順で製造した。
　先ず、ＳｉＣ半導体として、口径３インチのｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板（厚さ３５０μｍ・抵抗率０．０２Ωｃｍ）上に、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層を厚さ８μｍ、キャリア濃度１×１０１６ｃｍ－３でエピタキシャル成長させたものを用意した。
　次に、上記ＳｉＣ半導体の表面を洗浄後、酸素雰囲気中、１２００℃で２時間加熱して、熱酸化膜を形成させた。その後、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にレジスト膜を塗布し、ＨＦ中に１０分間浸すことにより、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側の熱酸化膜を除去した。そして、有機溶剤に浸すことにより、レジスト膜を除去した。このようにして、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にのみ熱酸化膜が形成されている状態とした。
　次に、蒸着装置に上記ＳｉＣ半導体を入れて、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側にニッケル（Ｎｉ）を１００ｎｍの厚さとなるように蒸着した。そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、９３０℃で３分間加熱して熱処理を行った。このように、ニッケルをシリサイド化させて、良好なコンタクト抵抗を有するオーミック電極を形成した。
　次に、ＳｉＣ半導体をＨＦ中に浸漬してｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の熱酸化膜を除去し、フォトリソグラフィー技術を用いてショットキー電極が２ｍｍ□に成るようにｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の表面にレジストパターンを形成した。そして、蒸着装置にＳｉＣ半導体を入れて、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層エピ層側の表面にモリブデン（Ｍｏ）を形成し、有機溶剤中でリフトオフを実施してショットキー電極のパターンを作製した。
　そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、６５０℃で１０分間熱処理を行った。このようにして、ショットキー特性を有するモリブデン（Ｍｏ）電極を形成した。
（特性評価）
　このようにして製造した実施例のショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧３００Ｖを印加した際のリーク電流が１×１０－６Ａ以下であった。また、順方向電圧１．６５Ｖを印加した際の順方向電流が５００Ａ／ｃｍ２であった。以上より、本発明の炭化珪素半導体素子は、低リーク電流と高順方向電流とを高次元で両立することが確認された。
＜比較例１＞
（試料作製）
　実施例のショットキーバリアダイオードを以下の手順で製造した。
　先ず、ＳｉＣ半導体として、口径３インチのｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板（厚さ３５０μｍ・抵抗率０．０２Ωｃｍ）上に、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層を厚さ８μｍ、キャリア濃度１×１０１６ｃｍ－３でエピタキシャル成長させたものを用意した。
　次に、上記ＳｉＣ半導体の表面を洗浄後、酸素雰囲気中、１２００℃で２時間加熱して、熱酸化膜を形成させた。その後、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にレジスト膜を塗布し、ＨＦ中に１０分間浸すことにより、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側の熱酸化膜を除去した。そして、有機溶剤に浸すことにより、レジスト膜を除去した。このようにして、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にのみ熱酸化膜が形成されている状態とした。
　次に、蒸着装置に上記ＳｉＣ半導体を入れて、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側にニッケル（Ｎｉ）を１００ｎｍの厚さとなるように蒸着した。そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、９７０℃で３分間加熱して熱処理を行った。このように、ニッケルをシリサイド化させて、良好なコンタクト抵抗を有するオーミック電極を形成した。
　次に、ＳｉＣ半導体をＨＦ中に浸漬してｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の熱酸化膜を除去し、フォトリソグラフィー技術を用いてショットキー電極が２ｍｍ□に成るようにｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の表面にレジストパターンを形成した。そして、蒸着装置にＳｉＣ半導体を入れて、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層エピ層側の表面にモリブデン（Ｍｏ）を形成し、有機溶剤中でリフトオフを実施してショットキー電極のパターンを作製した。
　そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、６５０℃で１０分間熱処理を行った。このようにして、ショットキー特性を有するモリブデン（Ｍｏ）電極を形成した。
（特性評価）
　このようにして製造した実施例のショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧３００Ｖを印加した際のリーク電流が１×１０－７Ａ以上であり、オーミック電極の熱処理温度が９５０℃以下に対してリーク電流が高くなることが確認された。
＜比較例２＞
（試料作製）
　実施例のショットキーバリアダイオードを以下の手順で製造した。
　先ず、ＳｉＣ半導体として、口径３インチのｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板（厚さ３５０μｍ・抵抗率０．０２Ωｃｍ）上に、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層を厚さ８μｍ、キャリア濃度１×１０１６ｃｍ－３でエピタキシャル成長させたものを用意した。
　次に、上記ＳｉＣ半導体の表面を洗浄後、酸素雰囲気中、１２００℃で２時間加熱して、熱酸化膜を形成させた。その後、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にレジスト膜を塗布し、ＨＦ中に１０分間浸すことにより、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側の熱酸化膜を除去した。そして、有機溶剤に浸すことにより、レジスト膜を除去した。このようにして、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側にのみ熱酸化膜が形成されている状態とした。
　次に、蒸着装置に上記ＳｉＣ半導体を入れて、４Ｈ－ＳｉＣ半導体基板側にニッケル（Ｎｉ）を１００ｎｍの厚さとなるように蒸着した。そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、９００℃で３分間加熱して熱処理を行った。このように、ニッケルをシリサイド化させて、良好なコンタクト抵抗を有するオーミック電極を形成した。
　次に、ＳｉＣ半導体をＨＦ中に浸漬してｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の熱酸化膜を除去し、フォトリソグラフィー技術を用いてショットキー電極が２ｍｍ□に成るようにｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体エピ層側の表面にレジストパターンを形成した。そして、蒸着装置にＳｉＣ半導体を入れて、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ半導体層エピ層側の表面にモリブデン（Ｍｏ）を形成し、有機溶剤中でリフトオフを実施してショットキー電極のパターンを作製した。
　そして、チャンバー内に入れて、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、６５０℃で１０分間熱処理を行った。このようにして、ショットキー特性を有するモリブデン（Ｍｏ）電極を形成した。
（特性評価）
　このようにして製造した実施例のショットキーバリアダイオードは、順方向電流が５００Ａ／ｃｍ２における順方向電圧は１．７５Ｖ以上であり、オーミック電極の熱処理温度が９３０℃以上に対して順方向電圧が高くなることが確認された。
＜特性評価＞
　上記実施例及び比較例で得られたショットキーバリアダイオードを用いて、オーミック電極の形成時のアニール温度の影響を確認した。なお、ショットキー電極の大きさは、２ｍｍ□であった。
（逆方向リーク電流の温度依存性）
　図５は、オーミック電極を形成する際の熱処理温度と逆方向リーク電流との関係を示す図である。図５に示すように、逆方向印加電圧３００Ｖにおける逆方向リーク電流は、オーミック電極を形成する際のアニール温度が、特定温度より高い場合に増加することがわかった。すなわち、一般的に要求される逆方向印加電圧３００Ｖにおける逆方向リーク電流値１×１０６Ａを基準にすると、オーミック電極２を形成する際のアニール温度が９５０℃以下で達成されることがわかった。
（順方向電圧の温度依存性）
　図６は、オーミック電極を形成する際の熱処理温度と順方向電圧との関係を示す図である。図６に示すように、５００Ａ／ｃｍ２を流す際の順方向電圧は、オーミック電極を形成する際のアニール温度が、特定温度より高い場合に、オーミック電極の接触抵抗が低下することにより、順方向電圧が低下する。したがって、順方向電圧が安定化して目標値である１．６５Ｖとなるのは、アニール温度９３０℃以上で達成されることがわかった。
　逆方向リーク電流及び順方向電圧の温度依存性の調査した結果から、オーミック電極を形成する際の熱処理温度は、９３０℃～９５０℃が最適な範囲であった。この最適な範囲とすることで、順方向電流通流時の抵抗値が小さく、逆方向電圧印加時のリーク電流が低いという特性を両立させるショットキーバリアダイオードが得られることを確認した。
　ここで、オーミック電極を形成する際のアニール温度が、逆方向リーク電流に影響を与えているということは、オーミック電極の形成をショットキー電極の形成の後に行い、かつアニールを行わない比較実験により確認できる。この場合、逆方向リーク電流は、低いレベルで安定している。ただし、このような条件では、オーミック電極の接触抵抗が大きく、実用的なショットキーバリアダイオードの作製条件としては採用できないことがわかった。
　また、同様の実験を、ショットキー電極を付ける前に、オーミック電極を付着させず、熱履歴だけを加えた後に行った場合でも、逆方向リーク電流が低いレベルで安定であることも、確認した。
　このように、ＳｉＣ基板の一方の面に形成されたオーミック電極のアニール温度が、他方の面に形成されたショットキー電極のリーク電流に影響を与える理由は、現時点では明らかではないが、ＳｉＣ基板の一方の面から空孔或いはそれを伴う欠陥等の結晶中を移動しやすい欠陥が原因していることが考えられる。
　なお、オーミック電極の電極材料（ＮｉやＮｉ－Ｔｉ）を付けた状態で、一定温度以上でアニールした場合、ショットキー電極側の表面の状態が変化した。すなわち、走査キャパシタンス測定による電子濃度から、電気的状態だけが変わっていると推定される。但し、この際、ＫＯＨエッチングによるＥＰＤなどの欠陥、ＡＦＭで測定するレベルの表面モフォロジー、ＳＩＭＳで測定した不純物などは全く変化が無く、電気的状態だけが変わっていると推定される。
　　本発明は、炭化珪素半導体素子の製造方法に適用できる。
　１・・・炭化珪素（ＳｉＣ）基板
　１ａ・・・ｎ＋型ＳｉＣ半導体基板１ａ
　１ｂ・・・ｎ－型ＳｉＣ半導体層
　２・・・オーミック電極（オーミック性の電極）
　３・・・ショットキー電極（ショットキー性の電極）
　４，６・・・電極パッド
　５・・・シリコン酸化膜
　７ ・・・ｐ型領域
　８・・・保護層
　３０・・・ショットキーバリアダイオード（炭化珪素半導体素子）

Claims (5)

  1. 　炭化珪素基板の一方の面に第１の電極材料からなる膜を成膜し、９３０～９５０℃の温度範囲で熱処理してオーミック性の電極を形成する工程と、
    　前記炭化珪素基板の他方の面に第２の電極材料からなる膜を成膜し、熱処理してショットキー性の電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。
  2. 　前記第１の電極材料が、少なくともニッケルを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  3. 　前記第２の電極材料が、モリブデンであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  4. 　前記ショットキー性の電極を形成する工程の熱処理が、６００～７００℃の温度範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  5. 　前記炭化珪素半導体素子がショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
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