JP2002075909A - オーミック電極構造体、その製造方法、及びオーミック電極を用いた半導体装置 - Google Patents
オーミック電極構造体、その製造方法、及びオーミック電極を用いた半導体装置Info
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Abstract
て、p型SiC領域への低いコンタクト抵抗ρcを実現
する。 【解決手段】 SiC基板1、SiC基板1の表面に形
成されたp型SiC領域2、このp型SiC領域2の表
面に形成された加熱反応層8、SiC基板1とp型Si
C領域2との界面を覆う熱酸化膜3、熱酸化膜3の表面
に配置された上部絶縁膜4、加熱反応層8の上部に配置
された電極膜7とを有する。電極膜7には、配線導体素
片9が接続されている。加熱反応層8は、p型SiC領
域2の表面から上方に突出して形成されている。熱酸化
膜3は、加熱反応層8が貫通する開口部を有し、且つS
iC基板1とp型SiC領域2との界面を覆うように、
SiC基板1の表面に接して配置されている。上部絶縁
膜4は、熱酸化膜3とは組成若しくは密度の異なる絶縁
膜である。
Description
C)基板を使用した半導体装置に係り、更には、このS
iC半導体装置に利用されるp型SiC領域に対するオ
ーミック電極構造体及びその製造方法に関するものであ
る。
素(Si)や砒化ガリウム(GaAs)等の他の現在広
く実用化されている半導体材料に比べて禁制帯幅Egが
広く3C−SiCで2.23eV、6H−SiCで2.
93eV、4H−SiCで3.26eV程度の値が報告
されている。また、SiCは、熱的、化学的、機械的に
安定で、耐放射線性にも優れているので、発光素子や高
周波デバイスは勿論のこと、高温、大電力、放射線照射
等の過酷な条件で、高い信頼性と安定性を示す電力用半
導体装置(パワーデバイス)として様々な産業分野での
適用が期待されている。
Tは、Siを用いたパワーデバイスよりもオン抵抗が低
いことが報告されている。また、ショットキーダイオー
ドの順方向降下電圧が低くなることが報告されている。
良く知られているように、パワーデバイスのオン抵抗と
スイッチング速度とは、トレード・オフ関係にある。し
かし、SiCを用いたパワーデバイスによれば、低オン
抵抗化と高速スイッチング速度化が同時に達成できる可
能性がある。
ン抵抗化には、オーミック・コンタクトに対するコンタ
クト抵抗ρcの低減が重要な要素である。特に、低オン
抵抗化のためには、パワーデバイスの主電極領域を細分
化し、高密度にSiC基板上に配列する方法も採用され
る。このような、微細寸法化されたパワーデバイスの低
オン抵抗化には、微細な開口部(コンタクト・ウインド
ウ)の内部において、低いコンタクト抵抗ρcを得るこ
とが極めて重要となってくる。また、パワーデバイスの
高速スイッチング速度化のためにも、p型SiC領域に
対するオーミック・コンタクトのコンタクト抵抗ρcは
大きな問題である。
産されているのとは対称的に、パワーデバイス、高周波
デバイスとしてのSiCの応用は甚だ遅れている。この
原因の一つは、これらデバイスの構造及び作製プロセス
に適合した実用的な低抵抗のオーミック・コンタクトを
形成する技術がいまだに確立されていないからである。
SiCチップのほぼ全面に形成されたオーミック・コン
タクト面に対して均一に電流が流れるSiC青色発光素
子に対して、電導チャネルに近接する微細なコンタクト
・ウインドウ中のオーミック・コンタクトを介して主電
流が流れる半導体電子デバイス(半導体装置)では、コ
ンタクト抵抗ρcの低減が極めて重要である。即ち、オ
ーミック・コンタクトが形成された局所的な領域に集中
して主電流が流れるパワーデバイスや高周波デバイスで
は、桁違いに低いコンタクト抵抗ρcが、デバイス特性
の高性能化に対して求められているからである。
光素子のp型SiCエピタキシャル層に低抵抗オーミッ
ク・コンタクトを形成する方法として利用されている従
来技術として特許第2911122号公報に記載された
方法がある(以下において「第1の従来技術」とい
う。)」。この第1の従来技術は、ウェット・エッチン
グにより表面処理したp型SiC表面上に、SiCより
も強く酸素と反応する金属、例えばTi薄膜電極を、真
空蒸着法を用いて50nm程度成膜し、続いて、この上
にAl−Ti系電極膜を成膜した後、斯かる積層基板
を、800〜1000℃、例えば950℃で5分程度熱
処理するもので、SiC表面の自然酸化膜に妨げられる
ことなく基板のどの地点でも均一なオーミック・コンタ
クトを形成することが出来る。
のオーミック性が完全なものではなかった。例えば、電
極層間の電流−電圧特性を厳密に測定すると、電流−電
圧特性を示す線は曲線となり、そのオーミック性は不完
全なものであることが、特開平7−161658号公報
の中で指摘されている。このような構成のオーミック・
コンタクトは電流密度が高くなると大きな寄生抵抗を生
むことになるので、パワーデバイスや高周波デバイスな
どの半導体電子デバイスへの使用には適さない。
されている従来技術はp型SiC領域の表面にAlを含
む金属膜を高温で熱処理して、オーミック・コンタクト
とする方法(以下において「第2の従来技術」とい
う。)である。中でも、クロフトンら(アプライド・フ
ィジックス・レターズ: Applied Physics Letters, 第
62巻、第384頁(1998年))は、6H−SiC基
板の表面にエピタキシャル成長により、高不純物密度に
ドープしたp型SiC層の上に、Al−Ti合金膜を堆
積し、その後、熱処理を施す方法で、ρc=1.5×1
0-5Ωcm2のオーミック・コンタクトが得られること
を報告している。クロフトンらは、Al−Ti合金膜の
パターニングにリフトオフ法を用いている。クロフトン
らの方法は、概略以下のような工程である。即ち、
(イ)先ず、フォトリソグラフィ法に形成した第1のフ
ォトレジストをマスクとして、フィールド絶縁膜として
の酸化膜を緩衝フッ酸(BHF)溶液でエッチングし、
開口部(コンタクト・ウインドウ)を形成する。フィー
ルド絶縁膜のエッチング後、第1のフォトレジストを除
去する。
ンタクト・ウインドウを含む前面に塗布している。そし
て、フォトリソグラフィ法により、第2のフォトレジス
トをパターニングし、p型SiC層の表面を露出するよ
うに開口部を形成する。
した後、全面に厚さ300nm〜500nmのAl−T
i合金膜をスパッタリング法で成膜する。続いて、第2
のフォトレジストをアセトンで溶解することによって、
不要なAl−Ti合金膜を第2のフォトレジストと共に
除去して、Al−Ti合金膜をパターニングする。
いて、アルゴン雰囲気で5分間熱処理する。
第1の従来技術のオーミック・コンタクトの構造ならび
に作製プロセスは、平坦なSiC基板の表面にp型Si
Cオーミック・コンタクトを形成するという極めて単純
化された構成をしている。このため、フィールド絶縁膜
やゲート電極などその他の構造物が周辺に置かれる現実
のデバイスの製作に適用するには具体性に欠けるという
問題がある。そもそも第1の従来技術では電極パターニ
ングの具体的方法がなんら開示されていないから、適用
は困難である。
ック・コンタクトを、トランジスタやダイオード等の実
際の半導体電子デバイスに適用する場合は、クロフトン
の得たρcでも十分とは言い難く、より一層の低抵抗化
が希求されている。そもそも、クロフトンが提示したリ
フトオフ法は、現像した時にフィールド絶縁膜の開口部
にフォトレジストが残りやすく、これが低抵抗化の妨げ
になる。また、フォトレジストの残滓等は、コンタクト
抵抗ρcのばらつきの原因となる。
iCへのオーミック・コンタクトの問題を同時に解決す
るためになされたものであり、半導体電子デバイスに要
求される10-6Ωcm2台或いはこれ以下のコンタクト
抵抗ρcを有するオーミック電極構造体を提供すること
である。
に採用可能な微細な開口部(コンタクト・ウインドウ)
の内部において、低いコンタクト抵抗ρcを得ることが
出来る単純化な構造のオーミック電極構造体を提供する
ことである。
れる各種パワーデバイスに採用可能なフィールド絶縁膜
の構造を維持しつつ、低いコンタクト抵抗ρcを得るこ
とが出来るオーミック電極構造体を提供することであ
る。
イスに要求される10-6Ωcm2台或いはこれ以下のコ
ンタクト抵抗ρcを有するオーミック電極構造体の製造
方法を提供することである。
構造に採用可能な微細な開口部の内部において、低いコ
ンタクト抵抗ρcを簡単に得ることが出来るオーミック
電極構造体の製造方法を提供することである。
れる各種パワーデバイスに採用可能なフィールド絶縁膜
を形成すると共に、低いコンタクト抵抗ρcが得られる
オーミック電極構造体の製造方法を提供することであ
る。
内部において、低いコンタクト抵抗ρcを有し、高速・
高周波動作可能な半導体装置を提供することである。
く、高速動作可能で、しかも動作電圧を高くすることが
可能な半導体装置を提供することである。
考察した結果によれば、Al−Ti系電極膜とp型Si
C領域との間のオーミック・コンタクトにおいて、コン
タクト抵抗ρcを増大させる原因は 1 )加熱反応層とp型SiCその接触によって必然的
に出来るショットキー障壁の存在; 2)面内で不均一、不均質な加熱反応層の形成; 3)加熱反応層形成に際してAl−Ti系電極膜表面に
形成される金属酸化物である。
ったのは、実際のデバイス構造とかけ離れて、平坦なS
iC基板の表面にコンタクトを形成する構成になってい
たためである。しかし実際の半導体電子デバイスでは、
微細な開口部の内部においてショットキー障壁を低減化
し、均一且つ均質な加熱反応層を生成する必要がある。
以下に述べる本発明は、実際のデバイス構造の多くに適
用されているフィールド絶縁膜の開口部に設けたp型S
iCオーミック電極構造体において、上記コンタクト抵
抗ρcを高くしている3原因を解消するための手段を提
供するものである。
に係る発明は、(イ)SiC基板と、(ロ)このSiC
基板の表面に選択的に形成されたp型SiC領域と、
(ハ)このp型SiC領域の表面の一部から内部に進入
し、且つこのp型SiC領域の表面から上方に突出して
形成された加熱反応層と、(ニ)この加熱反応層が貫通
する第1の開口部を有し、SiC基板とp型SiC領域
の表面に接して配置された熱酸化膜と、(ホ)この熱酸
化膜とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜であって、第
1の開口部に連続した第2の開口部を有し、且つ熱酸化
膜の表面に配置された上部絶縁膜と、(ヘ)この上部絶
縁膜の第2の開口部において、加熱反応層の上部に配置
されたAl及びTiの少なくとも一方を含む金属からな
る電極膜とからなるオーミック電極構造体であることを
要旨とする。後述するオーミック電極構造体の製造方法
とも関連する事項であるが、このような、オーミック電
極構造体の構造を採用することにより、清浄な金属/半
導体接合界面が得られる。このため、金属/半導体接合
におけるショットキー障壁が低く、且つ、界面のモホロ
ジーが良好となる。
表面に選択的に形成されたp型SiC領域」は、SiC
基板の表面に、直接p型SiC領域が形成される場合の
みに限定されないことは勿論である。例えば、SiC基
板1の表面の一部に、p型SiC領域よりも平面上の面
積の大きい他の半導体領域をウェル形状に配置し、その
ウェル形状の半導体領域の内部の位置において、p型S
iC領域が形成されていても良い。或いは、SiC基板
の表面の全面に他の半導体領域をエピタキシャル成長
し、そのエピタキシャル成長した他の半導体領域の表面
の一部において、p型SiC領域を形成するような場合
も許容される。このように、請求項1記載に係る発明に
おいては、p型SiC領域が他の半導体領域を介して、
間接的に形成される場合を許容することに留意すべきで
ある。
に係るオーミック電極構造体において、電極膜は、
(i)下部のTi−Si合金膜と上部のTi膜とからな
る積層膜、(ii)下部のAl−Si合金膜と上部のAl
膜とからなる積層膜、及び(iii)下部のAl−Ti−
Si合金膜と上部のAl−Ti合金膜とからなる積層膜
からなるグループの内の少なくとも一つの積層膜を含む
金属膜であることを要旨とする。後述するように、本発
明は、(i)Al層の上にTi層を堆積したAl/Ti
積層膜、(ii)Ti層の上にAl層を堆積したTi/A
l積層膜、(iii)Al−Ti合金膜をp型SiC領域
との反応させ、加熱反応層を形成することにより、ショ
ットキー障壁を極めて低く、且つ障壁の厚さを薄く出来
る。また、加熱反応層が均一に生成される。請求項2記
載に規定する電極膜の構造は、この加熱反応層の生成後
の、未反応の金属層及び加熱反応層を拡散してきた金属
Siとの化合部からなる積層構造である。即ち、 (i)Al層の上にTi層を堆積したAl/Ti積層膜
においては、主に熱処理前の下層のAl層が熱処理によ
り加熱反応層となる。このとき、熱処理前の上層のTi
層の下部には、加熱反応層を拡散してきた金属Siとの
反応により、Ti−Si合金膜が生成される。この生成
されたTi−Si合金膜と上部の未反応のTi膜とから
なる積層膜で請求項2記載に係る構造の電極膜を構成す
ることになる。
/Al積層膜においては、主に熱処理前のTi層が熱処
理により加熱反応層となり、熱処理前の上層のAl層
が、請求項2記載に係る構造の電極膜になる。この場
合、電極膜は下部に、加熱反応層を拡散してきた金属S
iとの反応によりAl−Si合金膜が生成され、上部に
未反応のAl膜が残留する。
に熱処理前の下部のAl−Ti合金膜が熱処理により加
熱反応層となり、熱処理前の最上部には未反応のAl−
Ti合金膜が残るが、加熱反応層との境界部には、加熱
反応層を拡散してきた金属Siとの反応によりAl−T
i−Si合金膜が生成される。このAl−Ti−Si合
金膜/未反応のAl−Ti合金膜とからなる積層構造
が、請求項2記載に係る構造の電極膜を構成することに
なる。
2記載に係るオーミック電極構造体において加熱反応層
は、金属の炭化物と金属シリコンとを含む固溶体である
ことを要旨とする。上述したAl/Ti積層膜、Ti/
Al積層膜、Al−Ti合金膜等のAl−Ti系の金属
とSiCとは、種々の珪素化物(シリサイド)や炭化物
(カーバイド)を含む合金を生成することが可能であ
る。しかし、本発明者らの多くの実験結果によれば、こ
れらの内、金属の炭化物と金属シリコンとを含む固溶体
からなる加熱反応層が、金属/半導体接合におけるショ
ットキー障壁が極めて低くなり、且つ、界面のモホロジ
ーが良好で、加熱反応層が均一に生成されることが見い
だされたのである。
のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体におい
て、上部絶縁膜の絶縁破壊電界強度は、熱酸化膜の絶縁
破壊電界強よりも低いことを要旨とする。
のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体におい
て、上部絶縁膜のBHF溶液によるエッチング速度が、
熱酸化膜のBHF溶液によるエッチング速度よりも速い
ことを要旨とする。「BHF溶液」とは、周知のよう
に、フッ化アンモニウム(NH4F):フッ酸(HF)
=7:1の溶液からなるシリコン酸化膜(SiO2膜)の
エッチング液(エッチャント)である。
のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体におい
て、p型SiC領域の表面キャリア密度は、1×1018
/cm3〜5×1021/cm3であることを要旨とする。
のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体におい
て、熱酸化膜の厚さは2〜50nmであることを要旨と
する。
のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体におい
て、熱酸化膜の厚さと上部絶縁膜の厚さとを合計した値
は、100nm〜3μmであることを要旨とする。
のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体におい
て、電極膜の最上部の位置が、第2の開口部の内部に存
在することを要旨とする。
C基板の表面の少なくとも一部に高不純物密度を有する
p型SiC領域を形成する工程と、(ロ)SiC基板の
表面を洗浄する工程と、(ハ)SiC基板の表面をフィ
ールド絶縁膜で被覆する工程と、(ニ)p型SiC領域
の少なくとも一部を露出するように、フィールド絶縁膜
に開口部を形成する工程と、(ホ)開口部の内部にAl
−Ti系電極膜を配設する工程と、(ヘ)酸素及び水の
分圧が共に1×10-3Pa〜1×10-10Paの非酸
化性雰囲気中において、SiC基板を熱処理しAl−T
i系電極膜とSiC基板との加熱反応層を生成する工程
とを有するオーミック電極構造体の製造方法であること
を要旨とする。
定する「SiC基板の表面の少なくとも一部に高不純物
密度を有するp型SiC領域を形成する工程」は、Si
C基板の表面に、直接p型SiC領域を形成する場合の
みに限定されないことは勿論である。例えば、SiC基
板1の表面の一部に、p型SiC領域よりも平面上の面
積の大きい他の半導体領域をウェル形状に配置し、その
ウェル形状の半導体領域の内部の位置において、p型S
iC領域を形成しても良い。或いは、SiC基板の表面
の全面に他の半導体領域をエピタキシャル成長し、その
エピタキシャル成長した他の半導体領域の表面の一部に
おいて、p型SiC領域を形成するような場合も許容さ
れる。このように、請求項10記載に係る発明において
は、p型SiC領域を、他の半導体領域を介して、間接
的に形成する場合をも許容することに留意すべきであ
る。
記載に係るオーミック電極構造体の製造方法においてフ
ィールド絶縁膜で被覆する工程は、熱酸化により、Si
C基板の表面に熱酸化膜を成長する工程と、この熱酸化
膜の上部に、熱酸化以外の方法で、絶縁膜を堆積する工
程とからなることを要旨とする。
記載に係るオーミック電極構造体の製造方法において、
フィールド絶縁膜で被覆する工程は、熱酸化以外の方法
で、SiC基板の表面に酸素透過性絶縁膜を堆積する工
程と、この酸素透過性絶縁膜の堆積後に、熱酸化によ
り、SiC基板の表面と酸素透過性絶縁膜との界面に、
熱酸化膜を成長する工程とからなることを要旨とする。
即ち、酸素透過性絶縁膜を介して、雰囲気の酸素が、S
iC基板の表面に到達し、SiC基板の表面と酸素透過
性絶縁膜との界面にSiO2膜を形成し、フィールド絶
縁膜を実現することが出来る。
C基板の表面の少なくとも一部に高不純物密度を有する
p型SiC領域を形成する工程と、(ロ)SiC基板の
表面を洗浄する工程と、(ハ)熱酸化以外の方法で、S
iC基板の表面に酸素透過性絶縁膜を堆積する工程と、
(ニ)p型SiC領域の一部を選択的に露出するよう
に、酸素透過性絶縁膜に開口部を形成する工程と、
(ホ)この開口部を形成する工程後に、熱酸化により、
この開口部に露出したSiC基板の表面、及びSiC基
板の表面と酸素透過性絶縁膜との界面に、熱酸化膜を成
長する工程と、(ヘ)開口部に成長した熱酸化膜を除去
する工程と、(ト)熱酸化膜が除去された開口部の内部
に、Al−Ti系電極膜を配設する工程と、(チ)非酸
化性雰囲気中において、SiC基板を熱処理しAl−T
i系電極膜とSiC基板との加熱反応層を生成する工程
とを有するオーミック電極構造体の製造方法であること
を要旨とする。
記載に係るオーミック電極構造体の製造方法において、
加熱反応層を生成する工程は、酸素及び水の分圧が共に
1×10-3Pa〜1×10-10Paである雰囲気中で
実施されることを要旨とする。
〜14のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体
の製造方法において、Al−Ti系電極膜を配設する工
程は、(i)Al層の上にTi層を堆積する工程、(i
i)Ti層の上にAl層を堆積する工程、(iii)Al−
Ti合金膜を堆積する工程からなるグループの内の少な
くとも一つの工程を含むことを要旨とする。
〜12のいずれか1項記載に係るオーミック電極構造体
の製造方法において、開口部を形成する工程は(a)フ
ォトリソグラフィ法により、フィールド絶縁膜の上部に
エッチングマスクを形成する工程と、(b)このエッチ
ングマスクを用いて、p型SiC領域の少なくとも一部
の上部にフィールド絶縁膜が残留するように、フィール
ド絶縁膜の一部をドライ・エッチングで除去する工程
と、(c)残留したフィールド絶縁膜をウェット・エッ
チングで除去し、p型SiC領域の少なくとも一部を露
出する工程と、(d)超純水によるリンスで、露出した
p型SiC領域を清浄化する工程とからなることを要旨
とする。
記載に係るオーミック電極構造体の製造方法において、
Al−Ti系電極膜を配設する工程は、エッチングマス
クが、フィールド絶縁膜の上部に残留した状態で、Al
−Ti系電極膜をエッチングマスクの上部及び開口部を
含む全面に堆積する工程と、この全面に堆積する工程の
後、エッチングマスクを除去することにより、Al−T
i系電極膜を開口部の内部にのみ選択的に残留させる工
程とからなることを要旨とする。
又は14記載に係るオーミック電極構造体の製造方法に
おいて開口部を形成する工程は、(a)フォトリソグラ
フィ法により、酸素透過性絶縁膜の上部にエッチングマ
スクを形成する工程と、(b)このエッチングマスクを
用いて、p型SiC領域の少なくとも一部の上部に酸素
透過性絶縁膜が残留するように、酸素透過性絶縁膜の一
部を除去する工程と、(c)残留した酸素透過性絶縁膜
をウェット・エッチングで除去し、p型SiC領域の少
なくとも一部を露出する工程と、(d)超純水によるリ
ンスで、露出したp型SiC領域を清浄化する工程とか
らなることを要旨とする。
C基板と、(ロ)このSiC基板の表面に選択的に形成
された主電極領域として機能するp型SiC領域と、
(ハ)このp型SiC領域の表面の一部から内部に進入
し、且つこのp型SiC領域の表面から上方に突出して
形成された加熱反応層と、(ニ)この加熱反応層が貫通
する第1の開口部を有し、SiC基板とp型SiC領域
の表面に接して配置された熱酸化膜と、(ホ)この熱酸
化膜とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜であって、第
1の開口部に連続した第2の開口部を有し、且つ熱酸化
膜の表面に配置された上部絶縁膜と、(ヘ)この上部絶
縁膜の第2の開口部において、加熱反応層の上部に配置
されたAl及びTiの少なくとも一方を含む金属からな
る電極膜と、(ト)この電極膜に接続される主電極配線
とからなる半導体装置であることを要旨とする。
成された主電極領域として機能するp型SiC領域」
は、SiC基板の表面に、直接p型SiC領域が形成さ
れる場合のみに限定されないことは勿論である。例え
ば、SiC基板1の表面の一部に、主電極領域(p型S
iC領域)よりも面積の大きい他の半導体領域をウェル
形状に配置し、そのウェル形状の半導体領域の内部の位
置において、主電極領域(p型SiC領域)が形成され
ていても良い。例えば、バイポーラトランジスタのベー
ス領域や、パワーMOSFET等のボディ領域中に形成
された主電極領域(p型SiC領域)でも構わない。或
いは、SiC基板の表面の全面に他の半導体領域をエピ
タキシャル成長し、そのエピタキシャル成長した他の半
導体領域の表面の一部において、主電極領域(p型Si
C領域)を形成するような場合も許容される。このよう
に、請求項19記載に係る発明においては、主電極領域
(p型SiC領域)が他の半導体領域を介して、間接的
に、SiC基板の表面に形成される場合を許容すること
に留意すべきである。
に係る半導体装置において、電極膜が、下部のチタン・
シリコン(Ti−Si)合金膜と上部のチタン(Ti)
膜とからなる積層膜、下部のアルミニウム・シリコン
(Al−Si)合金膜と上部のアルミニウム(Al)膜
とからなる積層膜、及び下部のアルミニウム・チタン・
シリコン(Al−Ti−Si)合金膜と上部のアルミニ
ウム・チタン(Al−Ti)合金膜とからなる積層膜か
らなるグループの内の少なくとも一つの積層膜を含む金
属膜であることを要旨とする。
又は20記載に係る半導体装置において、加熱反応層
が、金属の炭化物と金属シリコン(Si)とを含む固溶
体であることを要旨とする。
C基板の表面を熱酸化して形成された熱酸化膜と熱酸化
膜とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜との積層構造
で、比較的厚いフィールド絶縁膜が形成出来る。このた
め、高耐圧が要求される各種パワーデバイスにおいて、
従来知られていたコンタクト抵抗ρcよりも1桁程度低
い10-6Ωcm2台、或いはこれ以下のコンタクト抵抗
ρcが実現され、表面配線がp型SiC領域に接続され
る種々の半導体電子デバイスの高周波化、高性能化が可
能となる。特に、実際のデバイス構造に採用可能な微細
な開口部(コンタクト・ウインドウ)の内部において、
低いコンタクト抵抗ρcを得ることが出来る。
て用いることにより、ショットキー障壁が低く、且つそ
の障壁の厚さが薄い金属/半導体接合出来る。また、加
熱反応層が均一に生成される。このため、請求項2記載
に係る発明によれば、p型SiC領域に対するコンタク
ト抵抗ρcが極めて低いオーミック電極構造体が得られ
る。
炭化物と金属シリコンとを含む固溶体からなる加熱反応
層を選択しているので、金属/半導体接合におけるショ
ットキー障壁が極めて低く、且つ、界面のモホロジーが
良好で、加熱反応層が均一に形成出来る。このため、p
型SiC領域に対するコンタクト抵抗ρcが極めて低い
オーミック電極構造体が得られる。
劣るが、Si熱酸化膜に近いシリコン酸化膜(SiO2
膜)である。従って、SiCの熱酸化膜の絶縁破壊電界
強度は、厚さ10nmで14MV/cm程度である。熱
酸化以外の方法で形成したSiO2膜の絶縁破壊電界強
度は、この値よりも小さい。即ち、請求項4記載に係る
発明によれば、SiCの熱酸化膜以外の種々の絶縁膜
を、SiCの熱酸化膜の上部に形成して、半導体装置の
仕様として要求される耐圧を確保しつつ、SiCの表面
モホロジーを良好に維持出来る。
熱酸化膜に近いSiO2膜であるので、BHF溶液に対
するエッチング速度は100nm/分程度である。これ
に比し、CVDで堆積したSiO2膜に対するエッチン
グ速度は11.5倍から3倍位高い。即ち、請求項5記
載に係る発明によれば、SiCの熱酸化膜以外の種々の
SiO2膜を、SiCの熱酸化膜の上部に形成して、半
導体装置の仕様として要求される耐圧や表面の安定性を
確保しつつ、SiCの表面モホロジーを良好に維持出来
る。また、BHF溶液に対するエッチング速度の相違を
利用して、種々の半導体プロセスを採用出来る。
iC領域の表面キャリア密度が、1×1018/cm3〜
5×1021/cm3の高不純物密度であるので、p型S
iC領域と加熱反応層との間に生じるショットキー障壁
の厚さが薄くなり、トンネル効果によって伝導正孔が容
易に流れるようになる。このため、低いコンタクト抵抗
ρcが得られる。
を2〜50nmの値に最適化しているので、p型SiC
領域の表面に生成されやすい炭化水素化合物及び自然酸
化膜を可能な限り除く効果を維持しつつ、過剰な熱酸化
による基板粗面化を防止することが出来る。このため、
p型SiC領域と加熱反応層の界面が平坦である。ま
た、加熱反応層が均一且つ均質であるので、ショットキ
ー障壁の高さが低減され、コンタクト抵抗ρcが低くな
る。
膜の厚さと上部絶縁膜の厚さとを合計した値を、100
nm〜3μmとしたため、熱酸化膜の下部のSiC基板
と上部絶縁膜の上部の配線とで形成される寄生MOSト
ランジスタによるリーク電流が抑制され、高い耐圧を有
した電力用半導体デバイスが提供出来る。
の最上部の位置が、第2の開口部の内部に存在し、第2
の開口部周辺の上部絶縁膜を重畳することが無い。この
ため、加熱反応層を形成する時、Alが溶融しても、A
lは第2の開口部の窪地に閉じこめられるので、融解A
lが周辺の上部絶縁膜の表面に流れ出し、配線ショート
を起こす心配が無い。この結果、製造歩留まりが向上す
る。
ールド絶縁膜を形成する直前から、開口部の内部にAl
−Ti系電極膜を配設するまでの工程は、開口部のSi
C露出表面にフォトレジストを一度も塗布することなく
進行出来る。従って、加熱反応層を形成する前のAl−
Ti系電極膜とSiCとの界面へのフォトレジストに起
因するハイドロ・カーボンの付着が完全に回避出来、清
浄な界面が容易に得られる。このため、加熱反応層とS
iCとの界面のショットキー障壁が極めて低く、且つ、
薄くなる。また、界面のモホロジーが良好で、加熱反応
層が均一に生成される。更に、酸素及び水の分圧が共に
1×10-3Pa〜1×10-10Paの非酸化性雰囲気
中で熱処理し、加熱反応層を生成しているので、熱処理
中にAl−Ti系電極膜の表面に生成される酸化アルミ
ニウム(Al2O3)や酸化チタン(TiO2)等の金属
酸化膜が、顕著に抑制され、表面の金属酸化膜によるコ
ンタクト抵抗ρcの増大が大きく低減出来る。この結
果、従来のコンタクト抵抗ρcよりも1桁程度低い10
-6Ωcm2台、若しくはこれ以下のコンタクト抵抗ρc
が得られる。しかも、このオーミック電極構造体は、フ
ィールド絶縁膜中の開口部に設けられるので、現実の半
導体電子デバイスに適した構造である。
C基板の表面にフィールド絶縁膜を形成する工程は、熱
酸化膜を成長する工程と、この熱酸化膜の上部に熱酸化
以外の方法で絶縁膜を堆積する工程とから構成している
ので、過度の熱酸化によるSiC基板の表面モホロジー
の劣化を抑制することが出来る。また、熱酸化以外の方
法は、CVD法やスパッタリング法等の周知の物理的或
いは化学的手段が採用可能であるが、これらの、熱酸化
以外の方法に固有な自然酸化膜やハイドロ・カーボンの
生成を熱酸化膜により効果的に除去、若しくは抑制出来
る。このため、加熱反応層とp型SiC領域との界面の
モホロジーが良好となり、均一且つ均質な加熱反応層を
生成出来る。従って、上述した10-6Ωcm2台、若し
くはこれ以下のコンタクト抵抗ρcを簡単に得ることが
出来る。
化以外の方法でSiC基板の表面に酸素透過性絶縁膜を
堆積する工程を先に行い、この酸素透過性絶縁膜の堆積
後に、熱酸化によりSiC基板の表面と酸素透過性絶縁
膜との界面に熱酸化膜を成長して、フィールド絶縁膜を
形成している。この場合も、請求項11記載に係る発明
と同様に、過度の熱酸化によるSiC基板の表面モホロ
ジーの劣化を抑制することが出来る。また、CVD法や
スパッタリング法等の周知の物理的或いは化学的手段に
固有な自然酸化膜やハイドロ・カーボンの生成を、熱酸
化膜の生成により効果的に除去、若しくは抑制出来る。
このため、加熱反応層とp型SiC領域との界面のモホ
ロジーが良好となり、均一且つ均質な加熱反応層を生成
出来る。従って、10-6Ωcm2台、若しくはこれ以下
の低いコンタクト抵抗ρcを簡単に得ることが出来る。
に、熱酸化以外の方法でSiC基板の表面に酸素透過性
絶縁膜からなる「暫定フィールド絶縁膜」を形成し、こ
の暫定フィールド絶縁膜に開口部(いわゆるコンタクト
・ウインドウ)を形成し、この開口部に露出したSiC
基板の表面に熱酸化膜を成長し、その後、この熱酸化膜
を除去しているので、p型SiC領域の表面を清浄化出
来る。更に、請求項11及び12記載に係る発明と同様
に、暫定フィールド絶縁膜を形成する直前から、開口部
の内部にAl−Ti系電極膜を配設するまでの工程は、
開口部のSiC露出表面にフォトレジストを一度も塗布
することなく進行出来る。従って、加熱反応層を形成す
る前のAl−Ti系電極膜とSiCとの界面へのフォト
レジストに起因するハイドロ・カーボンの付着が完全に
回避出来、清浄な界面が容易に得られる。このため、加
熱反応層とSiCとの界面のショットキー障壁が極めて
低く、且つ、薄くなる。更に、後からの熱酸化により、
SiC基板の表面と酸素透過性絶縁膜との界面に、薄い
熱酸化膜が形成されるので、請求項11及び12記載に
係る発明と同様に、高耐圧化が可能になると同時に過度
の熱酸化によるSiC基板の表面モホロジーの劣化を抑
制することが出来る。また、熱酸化以外の物理的或いは
化学的手段に固有な自然酸化膜やハイドロ・カーボンの
生成を、熱酸化膜の生成により効果的に除去出来る。こ
のため、加熱反応層とp型SiC領域との界面のモホロ
ジーが良好となり、均一且つ均質な加熱反応層を生成出
来る。従って、10-6Ωcm2台、若しくはこれ以下の
低いコンタクト抵抗ρcを簡単に得ることが出来る。
及び水の分圧が共に1×10-3Pa〜1×10-10P
aの非酸化性雰囲気中で熱処理し、加熱反応層を生成し
ているので、熱処理中にAl−Ti系電極膜の表面に生
成されるAl2O3やTiO 2等の金属酸化膜が、顕著に
抑制され、表面の金属酸化膜によるコンタクト抵抗ρc
の増大が大きく低減出来る。
上にTi層を堆積したAl/Ti積層膜、(ii)Ti層
の上にAl層を堆積したTi/Al積層膜、(iii)A
l−Ti合金膜は、いずれもp型SiC領域との反応に
より、p型SiC領域との界面のモホロジーが良好でか
つショットキー障壁が極めて低い加熱反応層が形成出来
る。従って、請求項15記載に係る発明によれば、従来
のコンタクト抵抗ρcよりも1桁程度低い10-6Ωcm
2台、若しくはこれ以下のコンタクト抵抗ρcが得られ
る。
部がp型SiC領域に到達する最終ステップが、ウェッ
ト・エッチングと超純水によるリンスで完結されるの
で、ドライ・エッチングの反応生成物であるハイドロ・
カーボンのp型SiC基板の表面への再付着や、過剰な
プラズマエネルギによるエッチング損傷が防止出来る。
このため、p型SiC基板の表面の汚染や基板表面の粗
面化が有効に防止出来る。加えて、ドライ・エッチング
が使用出来るため、微細なオーミック・コンタクトが形
成出来るので、半導体集積回路の高集積密度化や、電力
用半導体装置のオン抵抗の低減等の高性能化が可能にな
る。
部(コンタクト・ウインドウ)を開口に用いたエッチン
グマスクを、Al−Ti系電極膜をパターニングするた
めのリフトオフ工程用のマスクとして兼用出来る。即
ち、コンタクト・ウインドウ開口工程とAl−Ti系電
極膜のパターニング工程用のフォトリソグラフィ工程を
一度で行え、半導体装置の製造プロセスが簡略化され
る。このため、半導体装置の製造歩留まりの向上、生産
性の向上、更には製造コストの低減化が容易になる。
透過性絶縁膜にp型SiC領域に到達する開口部を設け
る最終ステップが、ウェット・エッチングと超純水によ
るリンスで完結されるので、ドライ・エッチングの反応
生成物であるハイドロ・カーボンのp型SiC基板の表
面への再付着や、過剰なプラズマエネルギによるエッチ
ング損傷が防止出来る。このため、請求項16記載に係
る発明と同様に、p型SiC基板の表面の汚染や基板表
面の粗面化が有効に防止出来る。加えて、ドライ・エッ
チングが使用出来るため、微細なオーミック・コンタク
トが形成出来、半導体集積回路の高集積密度化や、電力
用半導体装置のオン抵抗の低減等の高性能化が可能にな
る。
C基板の表面を熱酸化して形成された熱酸化膜と熱酸化
膜とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜との積層構造
で、安定性に優れた比較的厚いフィールド絶縁膜が形成
出来る。このため、定格動作電圧の高い各種パワーデバ
イスにおいて、従来知られていたコンタクト抵抗ρcよ
りも1桁程度低いコンタクト抵抗ρcが実現される。こ
のため、半導体電子デバイスの高周波化、高性能化が可
能となる。特に、実際のデバイス構造に採用可能な微細
な開口部(コンタクト・ウインドウ)の内部において、
主電極領域に対する低いコンタクト抵抗ρcを得ること
が出来る。従って、微細なコンタクト・ウインドウを多
数・高密度に配置することにより、低オン電圧・高速動
作可能な半導体パワーデバイスが実現出来る。
して用いることにより、ショットキー障壁が低く、且つ
その障壁の厚さが薄い金属/半導体接合出来る。また、
加熱反応層が均一に生成される。このため、請求項20
記載に係る発明によれば、p型SiC領域からなる主電
極領域に対するコンタクト抵抗ρcが極めて低くなり、
種々の半導体電子デバイスの高周波化、高性能化が可能
となる。
の炭化物と金属シリコンとを含む固溶体からなる加熱反
応層を選択しているので、金属/半導体接合におけるシ
ョットキー障壁が極めて低くなる。しかも、界面のモホ
ロジーが良好で、加熱反応層が均一に形成出来る。この
ため、主電極領域に対するコンタクト抵抗ρcが極めて
低くなり、種々の半導体電子デバイスの高周波化、高性
能化が可能となる。
第1乃至第3の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚
さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のも
のとは異なることに留意すべきである。従って、具体的
な厚さや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきもので
ある。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比
率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
本発明の第1の実施の形態に係るオーミック電極構造体
は、SiC基板1、SiC基板1の表面に選択的に形成
されたp型SiC領域2、このp型SiC領域2の表面
の一部に形成された加熱反応層8、SiC基板1とp型
SiC領域2との界面を覆う熱酸化膜3、熱酸化膜3の
表面に配置された上部絶縁膜4、加熱反応層8の上部に
配置された電極膜7とを少なくとも有する。p型SiC
領域2は、半導体装置、特に半導体電子デバイスの主電
極領域として機能する。
領域、第2主電極領域及び制御電極を有する。「第1主
電極領域」とは、IGBTにおいてエミッタ領域又はコ
レクタ領域のいずれか一方、パワーMOSFETやパワ
ーMOSSIT等の電力用絶縁ゲート型トランジスタ
(パワーIGT)においては、ソース領域又はドレイン
領域のいずれか一方を意味する。「第2主電極領域」と
は、IGBTにおいては上記第1主電極領域とはならな
いエミッタ領域又はコレクタ領域のいずれか一方、パワ
ーIGTにおいては上記第1主電極領域とはならないソ
ース領域又はドレイン領域のいずれか一方を意味する。
即ち、第1主電極領域が、エミッタ領域であれば、第2
主電極領域はコレクタ領域であり、第1主電極領域がソ
ース領域であれば、第2主電極領域はドレイン領域であ
る。また、「制御電極」とはIGBT及びパワーIGT
のゲート電極を意味することは勿論である。本発明にお
いては、第1主電極領域及び第2主電極領域のいずれか
一方を、単に「主電極領域」と呼ぶ。また、ダイオード
等の制御電極を有しないSiC半導体装置でも、同様
に、第1主電極領域及び第2主電極領域が定義される。
本発明においては、この場合も、第1主電極領域及び第
2主電極領域のいずれか一方を、単に「主電極領域」と
呼ぶ。更に、パワーIC等の半導体集積回路において
は、3つ以上の主電極領域が定義可能であるが、これら
の複数の少なくとも一つは、本発明の「主電極領域」で
ある。
により、フィールド絶縁膜5を構成している。更に、電
極膜7に電気的に接続するように、フィールド絶縁膜5
の上には、配線導体素片9が形成されている。配線導体
素片9は図1に示すオーミック・コンタクトを他の部位
と結線する配線部材であり、半導体装置の主電極配線と
して機能する。パワーデバイスにおいては、複数のユニ
ットセルを多数SiC基板1の上に、蜂の巣状や、マト
リクス状等にして配置し電流容量を確保している。ま
た、オン電圧を低くするための設計仕様により、各主電
極領域を細分化し、SiC基板1の上に高密度に配列す
る場合もある。従って、このような場合は、複数に分割
されたユニットセルの各主電極領域を統合する配線とし
て配線導体素片9が機能する。この配線導体素片9に
は、周知のアルミニウム(Al)、アルミニウム・シリ
コン(Al−Si)共晶、アルミニウム・銅・シリコン
(Al−Cu−Si)共晶、銅(Cu)、チタン・タン
グステン(Ti−W)合金などが用いられる。
発明のオーミック電極構造体を利用する半導体装置によ
って異なる。更に、SiC基板1の表面の一部に、p型
SiC領域2よりも平面上の面積の大きい他の半導体領
域をウェル形状に配置し、そのウェル形状の他の半導体
領域の平面上の内部の位置において、エピタキシャル成
長した高不純物密度のp型SiC領域2を凸部として形
成し、このp型SiC領域2を主電極領域として用いて
も良い。或いは、SiC基板1の表面の全面に他の半導
体領域をエピタキシャル成長し、そのエピタキシャル成
長した他の半導体領域の表面の一部において、更に連続
エピタキシャル成長した高不純物密度のp型SiC領域
2をメサエッチング等により凸部として形成し、このp
型SiC領域2を主電極領域として用いても良い。
であれば、コレクタ領域となる低不純物密度のp型(若
しくはπ型)SiC基板1の表面に、n型SiC領域か
らなるベース領域をウェル形状に形成し、このベース領
域の平面上の内部の位置において、主電極領域(エミッ
タ領域)としての高不純物密度のp型SiC領域2を凸
部として形成しても良い。この場合、コレクタ領域とな
る低不純物密度のp型SiC基板1の代わりに真性半導
体(i型)のSiC基板1を用い、i型SiC基板1の
裏面(若しくは表面の一部)に、高不純物密度のp型S
iC領域からなるコレクタ領域を形成しても良い。
ば、pベース領域となるp型SiC基板1の表面の一部
又は全面に、n型SiC領域からなるnベース領域を形
成し、このnベース領域の内部に、アノード領域(主電
極領域)としての高不純物密度のp型SiC領域2をエ
ピタキシャル成長により、凸部形状に形成することが可
能である。この場合、pベース領域となるp型SiC基
板1の裏面には、カソード領域としてのn型SiC領域
が形成される。
SITでは、チャネル領域として機能するn型SiC基
板(或いはν型SiC基板若しくはi型SiC基板)1
の表面に、ソース領域(主電極領域)としての高不純物
密度のp型SiC領域2を凸部形状に形成可能である。
また、nチャネルのSIサイリスタでは、チャネル領域
として機能するn型SiC基板(或いはν型SiC基板
若しくはi型SiC基板)1の表面に、アノード領域と
しての高不純物密度のp型SiC領域2を凸部形状に形
成可能である。
ネル領域として機能するn型SiC基板(或いはπ型S
iC基板)1の表面に、ドレイン領域(主電極領域)と
しての高不純物密度のp型SiC領域2を凸部形状に形
成可能である。この場合、n型SiC基板(或いはπ型
SiC基板)1の表面の他の場所に、ドレイン領域2に
対向して、ソース領域(他の主電極領域)としての高不
純物密度のp型SiC領域が凸部形状に形成される。そ
して、ソース領域とドレイン領域2の間のn型SiC基
板(或いはπ型SiC基板)1の表面にゲート酸化膜が
形成され、このゲート酸化膜の上に、ゲート電極が形成
される。ゲート電極としては、タングステン(W)、チ
タン(Ti)、モリブデン(Mo)等の高融点金属、こ
れらのシリサイド(WSi2,TiSi2,MoS
i2)等が使用可能である。或いは、2重拡散構造のp
チャネルのパワーIGTでは、ドリフト領域として機能
するp型SiC基板(或いはπ型SiC基板若しくはi
型SiC基板)1の表面に、ドレイン領域(主電極領
域)としての高不純物密度のp型SiC領域2を凸部形
状に形成可能である。この場合、ソース領域としての他
のp型SiC領域が、p型SiC基板1の表面に形成さ
れたnボディ領域に形成される。同様に、n型SiC基
板(或いはπ型SiC基板)1の表面にドレイン領域と
してのp型SiC領域2と、ソース領域してのp型Si
C領域を凸部形状に形成し、ソース領域とドレイン領域
2の間のn型SiC基板(或いはπ型SiC基板)1の
表面に、ショットキー電極を構成すれば、MESFET
が実現出来る。
として機能するn型SiC基板(或いはν型SiC基
板)1の表面に、コレクタ領域としての高不純物密度の
p型SiC領域2を凸部形状に形成可能である。この場
合、エミッタ領域としての他のn型SiC領域が、n型
(或いはν型)SiC基板1の表面に形成されたpボデ
ィ領域に形成される。本発明の第1の実施の形態に係る
オーミック電極構造体は、これら種々の半導体電子デバ
イスの主電極領域としての高不純物密度のp型SiC領
域2に適用可能である。加熱反応層8は、p型SiC領
域2の表面の一部から内部に進入すると同時に、p型S
iC領域2の表面から上方に突出して形成されている。
熱酸化膜3は、加熱反応層8が貫通する第1の開口部を
有し、且つSiC基板1とp型SiC領域2との界面を
覆うように、SiC基板1とp型SiC領域2の表面に
接して配置されている。上部絶縁膜4は、熱酸化膜3と
は組成若しくは密度の異なる絶縁膜であって、第1の開
口部に連続した第2の開口部を有している。図1に示す
ように、電極膜7の最上部の位置は、第2の開口部の内
部に存在する。第1及び第2の開口部は共通の開口部6
を構成している。
ク電極構造体において、「熱酸化膜3とは組成の異なる
絶縁膜」とは、PSG(りん珪酸ガラス)膜、BSG
(硼珪酸ガラス)、BPSG(硼りん珪酸ガラス)或い
はSi3N4膜等の絶縁膜の意である。また、「熱酸化膜
3とは密度の異なる絶縁膜」とは、熱酸化膜以外の方法
で堆積したSiO2膜等の絶縁膜の意である。例えば、
CVD法、スパッタリング法、真空蒸着法等の、化学的
若しくは物理的堆積方法によるSiO2膜が該当する。
図1に示すSiCの熱酸化膜3は、Si熱酸化膜よりは
劣るが、Si熱酸化膜に近いSiO2膜である。熱酸化
膜とその他の方法で堆積したSiO2膜とでは密度が違
うので断面を高分解能SEM観察すると境界が見える。
化膜3の絶縁破壊電界強度は、厚さ10nmで14MV
/cm程度である。一方、熱酸化以外の方法で形成した
SiO2膜の絶縁破壊電界強度は、この値よりも小さ
い。例えば、CVDで堆積したSiO2膜の絶縁破壊電
界強度は、同じ厚さ10nmで6MV/cm程度である
ので、絶縁破壊電界強度を測定すれば、明瞭にSiCの
熱酸化膜3と上部絶縁膜4とは識別可能である。
膜に近いSiO2膜であるので、BHF溶液に対するエ
ッチング速度は100nm/分程度である。これに比
し、CVDで堆積したSiO2膜に対するエッチング速
度は1.5倍から3倍位高い。従って、BHF溶液に対
するエッチング速度を測定すれば、明瞭にSiCの熱酸
化膜3と上部絶縁膜4とは識別可能である。
中には、SiCの熱酸化膜3より水素やカーボン結合が
多く、Si−O−Si結合距離がSiCの熱酸化膜3よ
り長いので、赤外線吸収スペクトルやラマン分光によっ
ても、明瞭にSiCの熱酸化膜3と上部絶縁膜4とは識
別可能である。
種々のSiO2膜等の上部絶縁膜4を、SiCの熱酸化
膜3の上部に形成した積層構造を採用すれば、半導体装
置の仕様として要求される耐圧や表面の安定性を確保し
つつ、SiCの表面モホロジーを良好に維持出来る。
とが望ましい。特に、5〜20nmの範囲の熱酸化膜3
の厚さが望ましい。熱酸化膜3の厚さが、5nmより薄
い場合は表面研磨やイオン注入法で生じたSiC基板1
表面の損傷領域を除去する効果ならびに表面の異物を除
去する効果が乏しくなる。一方、熱酸化膜3の厚さが、
50nmより厚い場合は過度な熱酸化によりSiC基板
1表面が次第に荒れ、表面モホロジーが低下するという
問題がある。このため、コンタクト抵抗ρcの低減には
上記範囲の熱酸化膜3の厚さが有益な効果をもたらす。
を合計したフィールド絶縁膜5の総厚は、100nm〜
3μmであることが望ましい。特に、300nm以上で
あることが望ましい。また、高耐圧の電力用半導体装置
であれば、800nm以上にすれば良い。但し、フィー
ルド絶縁膜5があまり厚くなると、クラック等が発生す
るので、3μm以上は好ましくない。
2の開口部において、加熱反応層8の上部に配置された
Al及びTiの少なくとも一方を含む金属から構成され
ている。この「Al及びTiの少なくとも一方を含む金
属からなる電極膜7」は、(i)下部のTi−Si合金
膜と上部のTi膜とからなる積層膜、(ii)下部のAl
−Si合金膜と上部のAl膜とからなる積層膜、及び
(iii)下部のAl−Ti−Si合金膜と上部のAl−
Ti合金膜とからなる積層膜のいずれかであることが好
ましい。
の上にTi層を堆積したAl/Ti積層膜、(ii)Ti
層の上にAl層を堆積したTi/Al積層膜、(iii)
Al−Ti合金膜をp型SiC領域2との反応させ、加
熱反応層8を形成することにより、ショットキー障壁を
極めて低く、且つ障壁の厚さを薄くしている。このこと
に由来して、図1に示す電極膜7は、この加熱反応層8
の生成後の、未反応の金属層及び加熱反応層8を拡散し
てきた金属Siとの化合部からなる積層構造である。即
ち、(i)Al層の上にTi層を堆積したAl/Ti積
層膜においては、熱処理前の下層のAl層が熱処理によ
り加熱反応層8となる。このとき、熱処理前の上層のT
i層においては、加熱反応層を拡散してきた金属Siと
の反応により下部にTi−Si合金膜が生成される。こ
の下部のTi−Si合金膜と上部の未反応のTi膜とか
らなる積層膜で、電極膜7を構成することになる。
/Al積層膜においては、熱処理前のTi層が熱処理に
より加熱反応層8となる。一方、熱処理前のAl層にお
いては、加熱反応層を拡散してきた金属Siとの反応に
より下部にAl−Si合金膜が生成され、上部に未反応
のAl膜が残留する。
処理前の下部のAl−Ti合金膜が熱処理により加熱反
応層8となり、熱処理前の最上部には未反応のAl−T
i合金膜が残る。そして、加熱反応層8との境界部に
は、加熱反応層を拡散してきた金属Siとの反応により
Al−Ti−Si合金膜が生成される。
i/Al積層膜を、1000℃で2分間熱処理した後に
おいて、オージェ電子分光(AES)法を用いて、オー
ミック電極構造体の深さ方向の組成を分析した結果を示
す図である。AES測定時のスパッタリングによるエッ
チング速度は、SiO2換算で13nm/分である。図
2に示すように、最も表面側には、配線導体素片9とし
てのAlが存在する。配線導体素片9の下には、酸素
(O)を含むAlと、その下のSiを含むAlとからな
る電極膜7が存在する。電極膜7の厚さは、スパッタリ
ングによるエッチング速度を考慮すると312nmであ
る。電極膜7の下には、厚さ367nmの加熱反応層8
が存在する。加熱反応層8は、炭素(C)及びSiを含
むTi層である。加熱反応層8の下が、SiC基板1で
ある。
たターゲット・ファクター・アナリシス(TFA)によ
り、各元素の化学状態を判断すると、Cについては、化
学状態が2成分に分けられ、表面側の成分はTiの分布
と重なる。図示を省略したピーク形状からも、これは、
加熱反応層8におけるTiの炭化物(TiC)であると
推定される。一方、深い方の成分はSiC基板1のSi
Cに起因した成分であると推定される。
られ、図示を省略したピーク形状からも金属成分と酸化
物成分の存在が推定される。それぞれの成分のプロファ
イルで、酸化物のプロファイルは、Oのプロファイルと
良く一致している。
られる。プロファイルの分割時は、2成分のフィッティ
ングの方が良好なので、ここで2成分系で考察する。図
示を省略したピーク形状からは、金属成分と炭化物成分
の存在が推定される。金属成分のプロファイルについて
は、表面側は、AlKLLのAl金属成分のプロファイ
ルと良く一致する。TiC層に対応する内部領域では、
Al金属成分のプロファイルとの間に乖離が認められ
る。そこで、図示を省略したスペクトルの形状から化学
状態を判断すると、Al金属成分と対応するスペクトル
との差が認められない。従って、金属成分であると判断
される。このことから、加熱反応層8のTiC層では、
Siが金属状態で存在すると推定される。
(SiC)のプロファイルと良く一致し、ピーク形状か
らもSiC基板1のSiCであると推定される。
Al積層膜を、1000℃で2分間熱処理した場合に
は、加熱反応層8は、金属の炭化物(TiC)と金属シ
リコンとを含む固溶体であることが推定出来る。Al/
Ti積層膜を、熱処理した場合には、加熱反応層8は、
AlCと金属シリコンとを含む固溶体となっていると推
定される。この金属の炭化物と金属シリコンとを含む固
溶体からなる加熱反応層8が、金属/半導体接合におけ
るショットキー障壁を極めて低くし、且つ、界面のモホ
ロジーを良好にし、結果として、加熱反応層8を均一に
生成出来ると判断される。
の一要素のAl膜はSi半導体電子デバイスの配線で多
用されているAl−Si共晶膜に替えることも出来る。
に、高い表面キャリア(ホール)密度を有するp型Si
C領域2が形成されている。p型SiC領域2は、p型
エピタキシャル膜をメサ状に残した領域2である。p型
SiC領域2の表面キャリア密度は1×1018/cm3
〜5×1021/cm3であることが望ましい。より、好
ましくは1×1018/cm3以上の表面キャリア密度が
望ましい。
領域及び制御電極に配線導体素片(主電極配線)9を介
して接続される複数のボンディングパッドを、フィール
ド絶縁膜5の上に形成しても良い。そしてこの配線導体
素片(主電極配線)9及びボンディングパッドの上部に
は、酸化膜(SiO2)、PSG膜、BPSG膜、窒化
膜(Si3N4)、或いはポリイミド膜等からなるパッ
シベーション膜を形成しても良い。そして、パッシベー
ション膜の一部に複数の電極層を露出するように複数の
開口部(窓部)を設け、ボンディングを可能にすること
が出来る。
〜その3)を参照しながら、本発明の第1の実施の形態
に係るオーミック電極構造体の製造工程を説明する。
オフの4H−SiC基板1のSi面表面に、1×1019
/cm3以上の高不純物密度のp型不純物(Al)を添
加した厚さ数100nmのp型エピタキシャル成長層
(p型SiC領域)20をエピタキシャル成長する。続
いて、このp型エピタキシャル成長層(p型SiC領
域)20の上に、厚さ1.2μmのシリコン酸化膜(S
iO2膜)をCVD法で堆積し、周知のフォトリソグラ
フィ法と反応性イオンエッチング(RIE)法等のエッ
チング技術で、p型SiC領域2に対応するエッチング
マスク21を形成する。
グマスク21を使用し、SF6とO2をエッチャントガス
としたRIE法で、図3(b)に示すように、不要なエ
ピタキシャル層を除く。更に、その後、SiO2膜から
なるエッチングマスク21をフッ酸(HF)で全面除去
して、素子分離されたメサ構造のp型SiC領域22を
形成する。なお、p型SiC領域22が、パワーIGT
のドレイン領域として機能する場合は、SiC基板1の
表面の他の場所に、同様な手法で(ドレイン領域2の形
成と同時に)、ドレイン領域2に対向して、ソース領域
としてのp型SiC領域が凸部形状に形成される。この
場合、SiC基板1としては、n型SiC基板、或いは
π型SiC基板を選べば良い。
で周知のRCA洗浄法等の所定の洗浄法を用いて、Si
C基板1を十分清浄化する。RCA洗浄法は、H2O2+
NH 4OH混合液(SC−1)とH2O2+HCl混合液
(SC−2)による浸漬処理を組み合わせ行う伝統的な
半導体SiC基板1の洗浄法である。そして、図3
(c)に示すように、十分清浄化されたSiC基板1の
表面を、1000℃から1150℃において乾燥酸素雰
囲気で熱酸化し、表面に厚さ5〜40nm熱酸化膜3を
成長する。なお、乾燥酸素雰囲気の代わりに、水蒸気を
用いてもかまわない。乾燥酸素中、雰囲気1150℃で
3時間熱酸化すれば、35〜40nmの熱酸化膜3が得
られる。水蒸気を用いたウェット雰囲気中、1150℃
で2時間熱酸化すれば、30〜35nmの熱酸化膜3が
得られる。水蒸気を用いたウェット雰囲気の熱酸化の場
合は、その後アルゴン(Ar)中で1150℃、30分
程度アニールすることが好ましい。熱酸化膜3を20n
m以下にするためには、酸化温度を下げる若しくは、酸
化時間を短縮すれば良い。パワーIGTの製造工程とし
て考えるならば、ソース領域とドレイン領域2の間のS
iC基板1の表面に形成される熱酸化膜3をゲート酸化
膜として使用することも可能である。
酸化膜3の上に、常圧CVD法でSiO2膜からなる上
部絶縁膜4を堆積し、2層構造からなるフィールド絶縁
膜5を形成する。熱酸化膜3の厚さと上部絶縁膜4の厚
さとを合計したフィールド絶縁膜5の総厚を、600n
m〜1.5μm程度にすることが望ましい。仮に、パワ
ーIGTの製造工程として考えるならば、上部絶縁膜4
の堆積前に、ゲート電極の形成をしておけば良い。即
ち、熱酸化膜3の形成後、W、Ti、Mo等の高融点金
属、或いは、これらのシリサイド(WSi2,TiSi
2,MoSi2)等のゲート電極材料を、熱酸化膜3の
上に、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法等で堆
積する。そして、フォトリソグラフィ法とRIE法とを
用いて、ゲート電極材料をパターニングし、ソース領域
とドレイン領域2の間のゲート酸化膜3の上にゲート電
極を形成すれば良い。そして、ゲート電極形成後、RC
A洗浄法等でSiC基板1を清浄化する。十分清浄化さ
れたゲート電極及び熱酸化膜3の上に、常圧CVD法で
SiO2膜からなる上部絶縁膜4を堆積し、2層構造か
らなるフィールド絶縁膜5を形成する。
厚さ1〜2μmのフォトレジスト22をスピンナーを用
いて塗布する。そして、所定のフォトマスク(レティク
ル)を用い、フォトレジスト22を選択的に露光し、現
像することによって開口部6に対応する部分のフォトレ
ジスト22を除去する。続いて、このフォトレジスト2
2のパターンをエッチングマスクとして用い、SiC基
板1をBHF溶液に浸漬し、ウェット・エッチングする
ことで、図4(e)に示すように、フィールド絶縁膜5
に開口部6を形成する。微細な開口部6を形成する時
は、ガスプラズマを用いたドライ・エッチングが好まし
い。例えば、CHF3やC2F6などをエッチャントと
したRIE法や電子サイクロトロン共鳴イオンエッチン
グ(ECRイオンエッチング)等の種々のドライ・エッ
チングを使用することが出来る。この場合、最初にドラ
イ・エッチングを行い、フィールド絶縁膜5を数10n
m残したところで、ウェット・エッチングに切り換える
ようにする。開口部6をドライ・エッチングで、最後ま
で貫通させると、 1 )SiC基板1の表面が過剰なプラズマエネルギに
よるプラズマ損傷で荒れる、 2)エッチング反応で生成した反応生成物であるハイド
ロ・カーボンがSiC基板1の表面に再付着し、表面を
汚染する という弊害が起こり、後述の加熱反応層の均一生成に大
きな障害になる。更には、コンタクト抵抗ρcを劇的に
増加させる結果となるので好ましくない。
フォトレジスト22を残存した状態で、BHF溶液を超
純水で完全に濯ぎ落とした(リンスした)後、乾燥す
る。そして、レジストマスク22が被着した状態のSi
C基板1を、真空蒸着装置のチャンバー中に速やかに据
え付け、直ちに真空排気する。コンタクト・ウインドウ
開口エッチングから真空排気までの大気中放置時間は、
コンタクト抵抗ρcの大小をする極めて重要な因子であ
る。大気中放置時間が長いと、開口部のSiC基板1の
表面に自然酸化膜が生成されたり、望まぬ異物が付着す
る。このため、後述の加熱反応層の均一生成に大きな障
害となり、ひいてはコンタクト抵抗ρcを劇的に増加さ
せるので、5分以内の短時間で行う。そして、真空蒸着
装置のチャンバーをターボ分子ポンプ、クライオポンプ
等で、1.3×10-5Pa未満の圧力まで真空排気
し、図4(f)に示すように、SiC基板1の表面にA
l−Ti系電極膜17を蒸着する。図4(f)に示すよ
うに、開口部の側壁にAl−Ti系電極膜17が付着し
ないようにするためには、オリフィス等を用いて、蒸着
ビームの指向性を向上させて行えば良い。
後、SiC基板1を真空蒸着装置のチャンバーから取り
出す。続いて、リフトオフ法を用いて、図5(g)に示
すように、開口部のみにAl−Ti系電極膜7が選択的
に埋設された基板構造を得る。即ち、SiC基板1をア
セトンなどの有機溶剤或いは専用のフォトレジスト剥離
液に浸漬させ、SiC基板1表面に残されているフォト
レジスト22を完全に除去すると、フォトレジスト22
の上に被着したAl−Ti系電極膜17もフォトレジス
ト22とともに除かれるので、図5(g)に示すよう
に、開口部のみにAl−Ti系電極膜27が選択的に残
存する。
〜1050℃の非酸化性雰囲気で、短時間(数分程度)
の熱処理を施すと、図5(g)に示すように、Al−T
i系電極膜27とSiC基板1が相互に反応して、両者
の界面領域に加熱反応層8が生成され、加熱反応層とp
型SiCとの間で優れたオーミック特性が実現される。
数分程度の短時間の熱処理を行うためには、赤外線(I
R)ランプ加熱を用いれば良い。ここで「非酸化性雰囲
気」とは酸素(O2)や水(H2O)等の酸素を含む化合
物の気体を含まない雰囲気のことである。具体的には、
超高純度アルゴン(Ar)や超高純度窒素(N2)など
の超高純度不活性ガス雰囲気、或いは、高真空等が、
「非酸化性雰囲気」として好適である。これら熱処理雰
囲気に酸素が僅かでも含まれると、熱処理で表面にAl
やTiの酸化物(=絶縁物)が生じたり、加熱反応層の
形成が阻害されたりするので、酸素及び水の分圧の制御
に関しては、厳重なる管理が必要である。具体的には、
熱処理雰囲気に含まれる酸素及び水の分圧は少なくと
も、1×10-3Pa〜1×10-10Pa程度、望まし
くは、1.×10-5Pa〜1×10-10Pa程度であ
ることが望ましい。超高純度不活性ガス雰囲気中で熱処
理する場合は、ガス配管のベーキングやリークの点検の
他に、脱酸素装置やガス純化装置の採用等の厳重なる管
理が必要である。また、高真空中で熱処理する場合は、
AlやTiはゲッタリング作用があり、厳密には1×1
0-8Pa程度の真空中でも表面が酸化するので、クラ
イオパネル等を併用して、酸素及び水の分圧を1×10
-8Pa〜1×10-10Pa程度に制御して、超高真空
下で熱処理をすることが好ましい。Al−Ti系電極膜
27として、Al層の上にTi層を堆積したAl/Ti
積層膜においては、熱処理前の下層のAl層が熱処理に
より加熱反応層8となる。このとき、熱処理前のTi層
は、下部にTi−Si合金膜が生成され、このTi−S
i合金膜と上部の未反応のTi膜との積層膜からなる電
極膜7が加熱反応層8の上に生成される。Al−Ti系
電極膜27として、Ti層の上にAl層を堆積したTi
/Al積層膜においては、熱処理前のTi層が熱処理に
より加熱反応層8となり、熱処理前のAl層は、下部に
Al−Si合金膜が生成され上部に未反応のAl膜が残
留するので、Al−Si/Al層からなる電極膜7が加
熱反応層8の上に生成される。Al−Ti系電極膜27
としてAl−Ti合金膜を用いた場合には、熱処理前の
下部のAl−Ti合金膜が熱処理により加熱反応層8と
なり、熱処理前の最上部には未反応のAl−Ti合金膜
が残る。また、加熱反応層8との境界部には、Al−T
i−Si合金膜が生成されるので、Al−Ti−Si/
Al−Ti層からなる電極膜7が加熱反応層8の上に生
成される。熱反応層8としては、金属の炭化物と金属シ
リコンとを含む固溶体が形成される。
(i)に示すように、SiC基板11全面にAl等の導
体膜19を蒸着する。そして、フォトリソグラフィ法と
RIE等のエッチング技術でパターニングして、図1に
示すような配線導体素片9を形成すれば、本発明の第1
の実施の形態に係るオーミック電極構造体が完成する。
この配線導体素片9が、ドレイン電極配線(主電極配
線)であれば、同様に、ドレイン領域2に対向して配置
されたソース領域に対しても、ソース電極配線(主電極
配線が接続され、パワーIGTが完成する(ソース電極
側のオーミック電極も、ドレイン電極側と全く同一工程
で、同時に形成可能である。)。なお、パターニングの
際のエッチャント(=エッチング液或いはエッチングガ
ス)がAl−Ti系電極膜7を侵す時は、Al等の導体
膜19は必ずAl−Ti系電極膜7を覆うように配設す
る構成とすれば良い。
ク電極構造体の効果を厳密に評価するために、線型伝送
線路モデル(リニアTLM)評価法を用いて、コンタク
ト抵抗ρcを測定した。リニアTLM評価法において
は、先ず、長方形の素子分離領域(ここではn型領域)
の長辺方向に、コンタクト間隔を変化させながら、方形
のコンタクトを横一列に並べた構造のリニアTLMコン
タクト群を用意する。そして、隣接する2つのコンタク
ト間の電流−電圧特性から抵抗を求める。リニアTLM
評価法では、この抵抗をコンタクト間隔の関数として整
理し、これを直線近似して数式処理を行い、最終的に厳
密なコンタクト抵抗ρcを求める。
型エピタキシャル層の厚さと不純物密度はそれぞれ80
0nm、1.2×1019/cm3(Alドープ)であ
る。Al−Ti系電極膜7はTi(50nm厚)/Al
(300nm厚)積層膜で構成されている。フィールド
絶縁膜5を構成する熱酸化膜3は、1100℃ドライ酸
化膜(10nm厚)で、その上の上部絶縁膜4は、常圧
CVDで成膜したSiO 2膜(400nm厚)である。
加熱反応層8を形成するための熱処理温度及び熱処理時
間、熱処理雰囲気はそれぞれ1000℃、5分、純Ar
雰囲気である。TLMパターンを構成するコンタクト群
のコンタクト幅及び長さはそれぞれ200μm,100
μm、コンタクト間隔L=6,10,15,20,2
5,30μmである。
て、隣接するコンタクト電極間の電流−電圧特性を示し
ている。原点を通る直線が得られていることから、TL
Mパターンを構成するすべての電極でオーミック・コン
タクトが得られているのが判る。図6の直線の傾きから
求めたコンタクト電極間の抵抗と距離の関係をプロット
すると図7のようになる。データはバラツキの少ない1
直線近似され、TLM法によりコンタクト抵抗ρc=
9.5×10-7Ωcm2が得られる。他の条件を同じに
して、Ti/Al積層電極膜の替わりに、Al(150
nm厚)/Ti(15nm厚)積層電極膜を用いた場合
にはρc=7.0×10-6Ωcm2が得られる。また、
Al−Ti合金を用いた場合は、ρc=9.0×10-6
Ωcm2が得られる。
ク電極構造体の製造方法において、熱処理温度は、90
0℃以上が好ましい。上記のTi/Al積層電極膜から
なるTLMパターンを用いたコンタクト抵抗ρcの測定
によれば、熱処理温度700℃では、ρc=1.2×1
0-2Ωcm2、熱処理温度800℃では、ρc=1.3
×10-3Ωcm2、熱処理温度900℃では、ρc=
4.3×10-6Ωcm2であり、熱処理温度1000℃
では、上述したように、ρc=9.5×10-7Ωcm2
が得られたからである。
たコンタクト抵抗ρcの測定において、Alの膜厚を3
00nmと一定にして、Tiを10nm,20nm、5
0nm,100nmと振ってみたときのコンタクト抵抗
ρcは100nmが最も低く、50nmで一桁上昇(悪
化)し、20nm,10nmと緩やかに高くなる。従っ
て、Tiの膜厚は、50nm以上が好ましい。より好ま
しくは、100nm〜300nmの値を選ぶと良い。
るオーミック電極構造体は、10-6Ωcm2台或いはこ
れ以下の実用的なコンタクト抵抗ρcを達成している。
この結果、p型SiCに対するオーミック・コンタクト
におけるコンタクト抵抗ρcが高い、或いは単純化され
た構成で現実のSiC電子デバイスの製造に適用出来な
い、というSiC電子デバイスの従来技術における問題
点を解決している。
第2の実施の形態に係るオーミック電極構造体の特徴
は、SiC基板1に選択的なイオン注入法でp型SiC
領域32を構成した点である。即ち、本発明の第2の実
施の形態に係るオーミック電極構造体は、SiC基板
1、SiC基板1の表面に選択的に形成されたp型Si
C領域32、このp型SiC領域32の表面の一部に形
成された加熱反応層8、SiC基板1とp型SiC領域
32との界面を覆う熱酸化膜3、熱酸化膜3の表面に配
置された上部絶縁膜4、加熱反応層8の上部に配置され
た電極膜7とを少なくとも有する。p型SiC領域32
は、半導体装置、特に半導体電子デバイスの主電極領域
として機能する。
により、フィールド絶縁膜5を構成している。更に、電
極膜7に電気的に接続するように、フィールド絶縁膜5
の上には、配線導体素片9が形成されている。配線導体
素片9は図8に示すオーミック・コンタクトを他の部位
と結線する配線部材であり、半導体装置の主電極配線と
して機能する。従って、設計にもよるが、配線導体素片
9は所定のボンディングパッドにまで接続される主電極
配線でも良い。この配線導体素片9には、周知のAl、
Al−Si共晶、Al−Cu−Si共晶、Cu、Ti−
W合金などが用いられる。
面の一部から内部に進入すると同時に、p型SiC領域
32の表面から上方に突出して形成されている。熱酸化
膜3は、加熱反応層8が貫通する第1の開口部を有し、
且つSiC基板1とp型SiC領域32との界面を覆う
ように、SiC基板1とp型SiC領域32の表面に接
して配置されている。上部絶縁膜4は、熱酸化膜3とは
組成若しくは密度の異なる絶縁膜であって、第1の開口
部に連続した第2の開口部を有している。図8に示すよ
うに、電極膜7の最上部の位置は、第2の開口部の内部
に存在する。第1及び第2の開口部は共通の開口部6を
構成している。
に、第2の実施の形態に係るオーミック電極構造体にお
いて、「熱酸化膜3とは組成の異なる絶縁膜」とは、P
SG膜、BSG、BPSG或いはSi3N4膜等の絶縁膜
の意である。また、「熱酸化膜3とは密度の異なる絶縁
膜」とは、熱酸化膜以外の方法、例えば、CVD法、ス
パッタリング法、真空蒸着法等で堆積したSiO2膜等
の絶縁膜が該当する。図8に示すSiCの熱酸化膜3
は、Si熱酸化膜よりは劣るが、Si熱酸化膜に近いS
iO2膜である。熱酸化膜とその他の方法で堆積したS
iO2膜とでは密度が違うので断面を高分解能SEM観
察すると境界が見える。また、SiCの熱酸化膜3と上
部絶縁膜4とは、絶縁破壊電界強度、BHF溶液に対す
るエッチング速度、赤外線吸収スペクトルやラマン分光
スペクトルを測定すれば、明瞭に識別可能である。
とが望ましい。特に、5〜20nmの範囲の熱酸化膜3
の厚さが望ましい。第1の実施の形態で説明したように
熱酸化膜3の厚さが、5nmより薄い場合は表面研磨や
イオン注入法で生じたSiC基板1表面の損傷領域を除
去する効果ならびに表面の異物を除去する効果が乏しく
なる。一方、熱酸化膜3の厚さが、50nmより厚い場
合は過度な熱酸化によりSiC基板1表面が次第に荒
れ、表面モホロジーが低下するからである。
を合計したフィールド絶縁膜5の総厚は、100nm〜
3μmであることが望ましい。特に、300nm以上で
あることが望ましい。また、高耐圧の電力用半導体装置
であれば、800nm以上にすれば良い。但し、フィー
ルド絶縁膜5があまり厚くなると、クラック等が発生す
るので、3μm以上は好ましくない。
種々のSiO2膜等の上部絶縁膜4を、SiCの熱酸化
膜3の上部に形成した積層構造を採用すれば、半導体装
置の仕様として要求される耐圧や表面の安定性を確保し
つつ、SiCの表面モホロジーを良好に維持出来る。
2の開口部において、加熱反応層8の上部に配置された
Al及びTiの少なくとも一方を含む金属から構成され
ている。第1の実施の形態で説明したように、この「A
l及びTiの少なくとも一方を含む金属からなる電極膜
7」は、下部のTi−Si合金膜と上部のTi膜とから
なる積層膜、下部のAl−Si合金膜と上部のAl膜と
からなる積層膜、及び下部のAl−Ti−Si合金膜と
上部のAl−Ti合金膜とからなる積層膜のいずれかで
あることが好ましい。また、熱反応層8は、金属の炭化
物と金属シリコンとを含む固溶体であることが好まし
い。この金属の炭化物と金属シリコンとを含む固溶体か
らなる加熱反応層8が、金属/半導体接合におけるショ
ットキー障壁を極めて低くし、且つ、界面のモホロジー
を良好にし、結果として、加熱反応層8を均一に生成出
来ると判断される。Ti/Al積層膜或いはAl/Ti
積層膜の一要素のAl膜はSi半導体電子デバイスの配
線で多用されているAl−Si共晶膜等に替えることも
出来る。
に、高い表面キャリア(ホール)密度を有するp型Si
C領域32が形成されている。イオン注入法は、第1の
実施の形態に係るエピタキシャルp型SiC領域2の場
合よりも高不純物密度のp型SiC領域32が形成出来
るのが利点である。p型SiC領域32の表面キャリア
密度(表面正孔密度)は少なくとも1×1017/cm3
以上、好ましくは1×1018/cm3以上であることが
望ましい。
発明の第2の実施の形態に係るオーミック電極構造体を
利用する半導体装置の設計仕様によって異なる。更に、
SiC基板1の表面に、p型SiC領域32よりも平面
面積の大きく、拡散深さの深い他の半導体領域をウェル
形状に配置し、その内部の表面にp型SiC領域32を
形成しても良い。例えば、pnp型バイポーラトランジ
スタであれば、コレクタ領域となるp型SiC基板1の
表面に、n型SiC領域からなるベース領域を形成し、
このベース領域の内部に、エミッタ領域としてのp型S
iC領域32を形成しても良い。この場合、コレクタ領
域となる低不純物密度のp型SiC基板1の代わりに真
性半導体(i型)のSiC基板1を用い、i型SiC基
板1の裏面(若しくは表面の一部)に高不純物密度のp
型SiC領域からなるコレクタ領域を形成しても良い。
ば、pベース領域となるp型SiC基板1の表面に、n
型SiC領域からなるnベース領域を形成し、このnベ
ース領域の内部に、アノード領域としてのp型SiC領
域32を形成可能である。この場合、pベース領域とな
るp型SiC基板1の裏面には、カソード領域としての
n型SiC領域が形成される。一方、nチャネルの接合
型FETや接合型SITでは、チャネル領域として機能
するn型SiC基板1の表面に、ソース領域としてのp
型SiC領域32を形成可能である。また、nチャネル
のSIサイリスタでは、チャネル領域として機能するn
型SiC基板1の表面に、アノード領域としてのp型S
iC領域32を形成可能である。
領域として機能するp型SiC基板1の表面に、ドレイ
ン領域としてのp型SiC領域32を形成可能である。
この場合、ソース領域としてのp型SiC領域32が、
p型SiC基板1の表面に形成されたnボディ領域に形
成される。nチャネルのIGBTでは、ドリフト領域と
して機能するn型SiC基板(或いはν型SiC基板)
1の表面に、コレクタ領域としての高不純物密度のp型
SiC領域32を形成可能である。この場合、エミッタ
領域としての他のn型SiC領域が、n型(或いはν
型)SiC基板1の表面に形成されたpボディ領域に形
成される。本発明の第2の実施の形態に係るオーミック
電極構造体は、これら種々の半導体電子デバイスの主電
極領域として機能するp型SiC領域32に適用可能で
ある。
の1〜その3)を参照しながら本発明の第2の実施の形
態に係るオーミック電極構造体の製造工程を説明する。
膜33を、CVD法で4H−SiC基板1の表面全面に
堆積し、その上にフォトレジスト34をスピンコートす
る。そして、図9(a)に示すように、p型SiC領域
形成予定領域の上に堆積したSiO2膜33を周知のフ
ォトリソグラフィ法とウェット・エッチング技術で選択
的に除去し、イオン注入マスク膜33を形成する。
イオン注入マスク膜33の上に、再びCVD法で薄いS
iO2膜からなるイオン注入スルー膜35を全面に堆積
する。イオン注入スルー膜35は、後述のイオン注入時
の射影飛程(深さ)Rpを調節するための膜である。イ
オン注入スルー膜35を堆積した後、SiC基板1全面
に27Al+や11B+(ホウ素)などのp型不純物イ
オンを、少なくともSiC基板1の表面の不純物密度が
1×1020/cm3以上になり、且つ、SiC基板1の
結晶性を損なわないようにイオン注入する。p型不純物
イオンとしての 27Al+を、SiC基板1にイオン注
入する場合の条件の一例を示すと、750℃に加熱した
SiC基板1に、次のようにドーズ量Φ/加速エネルギ
ーEACを変えながら多段注入する: 第1イオン注入Φ=0.9×1015cm-2/EAC=3
0KeV; 第2イオン注入Φ=51.2×1015cm-2/EAC=
60KeV; 第3イオン注入Φ=1.5×1015cm-2/EAC=1
00KeV; 第4イオン注入Φ=2.4×1015cm-2/EAC=1
50KeV; 第5イオン注入Φ=3.0×1015cm-2/EAC=1
90KeV。
ころで、イオン注入マスク膜33とイオン注入スルー膜
35をフッ酸(HF)で全面除去する。そして、常圧A
r雰囲気で1700℃1分の急速加熱処理を行うと、イ
オン注入された27Al+が活性化されて、図9(c)
に示すように、高不純物密度を有するp型SiC領域3
2が選択的に形成される。
形態の製造工程で説明した図3(c)以下の工程とほぼ
同様である。即ち、RCA洗浄法等のSiC基板1洗浄
法を用いて、SiC基板1を十分清浄化する。そして、
図10(d)に示すように、十分清浄化されたSiC基
板1の表面を、乾燥酸素雰囲気で熱酸化し、表面に、厚
さ5〜20nmの熱酸化膜3を成長する。
熱酸化膜3の上に、常圧CVD法でSiO2膜からなる
上部絶縁膜4を堆積し、2層構造からなるフィールド絶
縁膜5を形成する。
厚さ1〜2μmのフォトレジスト22をスピンナーを用
いて塗布する。そして、所定のフォトマスク(レティク
ル)を用い、フォトレジスト22を選択的に露光し、現
像することによって開口部6に対応する部分のフォトレ
ジスト22を除去する。続いて、このフォトレジスト2
2のパターンをエッチングマスクとして用い、SiC基
板1をBHF溶液に浸漬しウェット・エッチングするこ
とで、図10(f)に示すように、フィールド絶縁膜5
に開口部6を形成する。
フォトレジスト22を残存した状態で、超純水で完全に
リンスした後、乾燥する。そして、レジストマスク22
が被着した状態のSiC基板1を、真空蒸着装置のチャ
ンバー中に据え付け、直ちに真空排気する。そして、真
空蒸着装置のチャンバーをターボ分子ポンプ、クライオ
ポンプ等で、1.3×10-5Pa未満の圧力まで真空
排気し、図11(g)に示すように、SiC基板1の表
面にAl−Ti系電極膜17を蒸着する。
後、SiC基板1を真空蒸着装置のチャンバーから取り
出す。続いて、リフトオフ法を用いて、図11(h)に
示すように、開口部のみにAl−Ti系電極膜7が選択
的に埋設された基板構造を得る。即ち、フォトレジスト
22を完全に除去すると、図11(h)に示すように、
開口部のみにAl−Ti系電極膜7が選択的に残存す
る。
〜1050℃の非酸化性雰囲気で短時間(数分程度)の
熱処理を施すと、図11(i)に示すように、Al−T
i系電極膜とSiC基板1が相互に反応して、両者の界
面領域に加熱反応層8が生成される。この際、熱処理雰
囲気に含まれる酸素及び水の分圧は少なくとも、1×1
0-3Pa〜1×10-10Pa程度に制御する。この結
果、加熱反応層8とp型SiC領域32との間で優れた
オーミック特性が実現される。Al−Ti系電極膜27
として、Al層の上にTi層を堆積したAl/Ti積層
膜においては、熱処理前の下層のAl層が熱処理により
加熱反応層8となる。このとき、熱処理前のTi層は、
下部にTi−Si合金膜が生成され、このTi−Si合
金膜と上部の未反応のTi膜との積層膜からなる電極膜
7が加熱反応層8の上に生成される。Al−Ti系電極
膜27として、Ti層の上にAl層を堆積したTi/A
l積層膜においては、熱処理前のTi層が熱処理により
加熱反応層8となり、熱処理前のAl層は、下部にAl
−Si合金膜が生成され、上部に未反応のAl膜が残留
するので、Al−Si/Al層からなる電極膜7が加熱
反応層8の上に生成される。Al−Ti系電極膜27と
してAl−Ti合金膜を用いた場合には、熱処理前の下
部のAl−Ti合金膜が熱処理により加熱反応層8とな
り、熱処理前の最上部には未反応のAl−Ti合金膜が
残る。また、加熱反応層8との境界部には、Al−Ti
−Si合金膜が生成されるので、Al−Ti−Si/A
l−Ti層からなる電極膜7が加熱反応層8の上に生成
される。熱反応層8としては、金属の炭化物と金属シリ
コンとを含む固溶体が形成される。加熱反応層8の形成
後に、第1の実施の形態で説明した図5(i)と同様
に、SiC基板11全面にAl等の導体膜19を蒸着す
る。そして、フォトリソグラフィ法とRIE等のエッチ
ング技術でパターニングして、図8に示すような配線導
体素片9を形成すれば、本発明の第2の実施の形態に係
るオーミック電極構造体が完成する。
ク電極構造体の効果を精密に評価するために、第1の実
施の形態と同様なリニアTLMコンタクト群を作製し
た。評価した試料の構成は次の通りである。p型SiC
領域32(=イオン注入層)の不純物Alのドーピング
密度は加熱反応層8と接する付近で3×1020/cm3
である。他の条件は、第1の実施の形態に係るオーミッ
ク電極構造体と同じである。即ち、Al−Ti系電極膜
7はTi(50nm厚)/Al(300nm厚)積層膜
とし、フィールド絶縁膜5の熱酸化膜3は1100℃ド
ライ酸化膜(10nm厚)、上部絶縁膜4は常圧CVD
で成膜したSiO2膜(400nm厚)である。加熱反
応層8を形成するための熱処理温度及び熱処理時間、熱
処理雰囲気はそれぞれ1000℃、5分、純Ar雰囲気
であった。
cはρc=4.3×10-7Ωcm2であった。第1の実
施の形態より低い値が得られたのは、高ドーズ量のイオ
ン注入と効果的な活性化アニールで、高不純物密度が得
られたためと考えられる。つまり、高不純物密度p型S
iC領域32の存在により、加熱反応層8とp型SiC
領域32界面のショットキー障壁がより薄くなったため
と考えられる。他の条件を同じにして、このTi/Al
積層電極膜の替わりに、Al−Ti合金膜(400nm
厚、Ti:10%含有)でp型オーミック・コンタクト
を形成するとTi/Al積層電極膜より数倍高いもの
の、従来技術に比べれば低いρc=1.2×10-6Ωc
m2が得られる。
るオーミック電極構造体によれば、10-6Ωcm2台或
いはこれ以下の実用的なコンタクト抵抗ρcを達成出来
る。この結果、実際のデバイス構造に採用可能な微細な
開口部(コンタクト・ウインドウ)の内部において、低
いコンタクト抵抗ρcを得ることが出来、単純化された
構成で、高性能なSiC電子デバイスを簡単に製造出来
る。
の第3の実施の形態に係るオーミック電極構造体は、電
極膜47の平面寸法が開口部より大きく、フィールド絶
縁膜5に重畳するように配設している点が、第1及び第
2の実施の形態に係るオーミック電極構造体とは異な
る。
ような高不純物密度のp型エピタキシャル成長層からな
るSiC領域で構成してもいいし、第2の実施の形態の
ような選択イオン注入領域で構成しても良い。ここでは
イオン注入法で形成する例で説明する。第1及び第2の
実施の形態と同様に、p型SiC領域32は、半導体装
置、特に半導体電子デバイスの主電極領域として機能す
る。
の形態に係るオーミック電極構造体は、SiC基板1、
SiC基板1の表面に選択的に形成されたp型SiC領
域32、このp型SiC領域32の表面の一部に形成さ
れた加熱反応層8、SiC基板1とp型SiC領域32
との界面を覆う熱酸化膜3、熱酸化膜3の表面に配置さ
れた上部絶縁膜4、加熱反応層8の上部に配置された電
極膜47とを少なくとも有する。熱酸化膜3と、上部絶
縁膜4との積層構造により、フィールド絶縁膜5を構成
している。熱酸化膜3は、加熱反応層8が貫通する第1
の開口部を有し、且つSiC基板1とp型SiC領域3
2との界面を覆うように、SiC基板1とp型SiC領
域32の表面に接して配置されている。上部絶縁膜4
は、熱酸化膜3とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜で
あって、第1の開口部に連続した第2の開口部を有して
いる。
面の一部から内部に進入すると同時に、p型SiC領域
32の表面から上方に突出して形成されている。そし
て、加熱反応層8の上部に配設された電極膜47が、第
2の開口部から伸延し、第2の開口部の周辺に位置する
フィールド絶縁膜5の上部に重畳している。つまり、A
電極膜47は、第2の開口部を完全に封じるように、第
2の開口部よりも大きな平面パターンで形成されてい
る。更に、第2の開口部を完全に封じた電極膜47に電
気的に接続するように、配線導体素片9が形成されてい
る。配線導体素片9は、半導体装置の主電極配線として
機能する。従って、設計にもよるが、配線導体素片9は
所定のボンディングパッドにまで接続される主電極配線
でも良い。この配線導体素片9は、フィールド絶縁膜5
の上にAl、Al−Si共晶、Al−Cu−Si共晶、
Cu、Ti−W合金等の導電性材料で形成されている。
Si合金膜と上部の未反応のAl膜とからなる積層膜で
ある。AES測定によれば、Ti/Al積層膜を、10
00℃で2分間熱処理した場合には、加熱反応層8は、
TiCと金属シリコンとを含む固溶体であることが推定
出来る。このTiCと金属シリコンとを含む固溶体から
なる加熱反応層8が、金属/半導体接合におけるショッ
トキー障壁を極めて低くし、且つ、界面のモホロジーを
良好にし、結果として、加熱反応層8を均一に生成出来
ると判断される。熱処理前に堆積されるTi/Al積層
膜の上層のAl膜を、Si半導体電子デバイスの配線で
多用されているAl−Si共晶膜に替えることも出来
る。この場合は、電極膜47は、下部のAl−Si合金
膜と上部の未反応のAl−Si合金膜とからなり、Si
の組成に分布を有した合金膜となる。
融解し、フィールド絶縁膜5との密着性及び濡れ性が著
しく低下するので、第3の実施の形態において、フィー
ルド絶縁膜5の周縁部に、直接Al層が接触するAl/
Ti積層電極は、加熱反応層8形成用の原料となる電極
材料としては適さない。
に、第3の実施の形態に係るオーミック電極構造体にお
いて、「熱酸化膜3とは組成の異なる絶縁膜」とは、P
SG膜、BSG、BPSG或いはSi3N4膜等の絶縁膜
の意である。また、「熱酸化膜3とは密度の異なる絶縁
膜」とは、熱酸化膜以外の方法、例えば、CVD法、ス
パッタリング法、真空蒸着法等で堆積したSiO2膜等
の絶縁膜が該当する。熱酸化膜3の厚みは2〜50nm
であることが望ましい。特に、5〜20nmの範囲の熱
酸化膜3の厚みが望ましい。第1の実施の形態で説明し
たように熱酸化膜3の厚みが、5nmより薄い場合は表
面研磨やイオン注入法で生じたSiC基板1表面の損傷
領域を除去する効果ならびに表面の異物を除去する効果
が乏しくなる。一方、熱酸化膜3の厚みが、50nmよ
り厚い場合は過度な熱酸化によりSiC基板1表面が次
第に荒れ、表面モホロジーが低下するからである。熱酸
化膜3の厚みと上部絶縁膜4の厚みとを合計したフィー
ルド絶縁膜5の総厚は、100nm〜3μmであること
が望ましい。特に、300nm以上であることが望まし
い。また、高耐圧の電力用半導体装置であれば、800
nm以上にすれば良い。但し、フィールド絶縁膜5があ
まり厚くなると、クラック等が発生するので、3μm以
上は好ましくない。
の種々のSiO2膜等の上部絶縁膜4を、SiCの熱酸
化膜3の上部に形成した積層構造を採用すれば、半導体
装置の仕様として要求される耐圧や表面の安定性を確保
しつつ、SiCの表面モホロジーを良好に維持出来る。
なくとも1×1017/cm3以上、好ましくは1×10
18/cm3以上であることが望ましい。SiC基板1の
導電型や不純物密度は第3の実施の形態に係るオーミッ
ク電極構造体を利用する半導体装置によって異なる。例
えば、第2の実施の形態に係るオーミック電極構造体の
適用例と同様に、種々の半導体電子デバイスの主電極領
域として機能するp型SiC領域32を、その設計に適
合して選ばれた導電型及び不純物密度を有するSiC基
板1の上に(直接若しくは他の半導体領域を介して)形
成可能である。従って、SiC基板1の導電型や不純物
密度は、ここでは規定しない。
(その1及びその2)を参照しながら本発明の第3の実
施の形態に係るオーミック電極構造体の製造工程を説明
する。
全く同様に、フォトリソグラフィ法及びイオン注入法等
を用いて、p型SiC領域32を、4H−SiC基板1
の表面に選択的に形成する。即ち、SiC基板1の表面
に、Alイオン又はBイオンなどのp型不純物イオンを
注入して、熱処理により活性化し、p型SiC領域32
を形成する。そして、第2の実施の形態の製造工程で説
明した図10(d)以下の工程とほぼ同様に、十分清浄
化されたSiC基板1の表面を、乾燥酸素雰囲気で熱酸
化し、表面に熱酸化膜3を成長する。次に、図13
(a)に示すように、熱酸化膜3の上に、常圧CVD法
でSiO2膜からなる上部絶縁膜4を堆積し、2層構造
からなるフィールド絶縁膜5を形成する。
厚さ1〜2μmのフォトレジスト22をスピンナーを用
いて塗布する。そして、所定のフォトマスク(レティク
ル)を用い、フォトレジスト22を選択的に露光し、現
像することによって開口部6に対応する部分のフォトレ
ジスト22を除去する。続いて、このフォトレジスト2
2のパターンをエッチングマスクとして用い、SiC基
板1をBHF溶液に浸漬しウェット・エッチングするこ
とで、図13(b)に示すように、フィールド絶縁膜5
に開口部6を形成する。
レジスト剥離液を用いてエッチングに使用したフォトレ
ジスト22を剥離する。続いて、SiC基板1をBHF
溶液に約10秒浸漬し、フィールド絶縁膜5を僅かにエ
ッチングすることによって、フィールド絶縁膜5に付着
したフォトレジスト22の残滓を完全に除去する。フィ
ールド絶縁膜5に残ったフォトレジスト22の残滓は、
フィールド絶縁膜5に重畳するように配設する電極膜4
7(又は17,57)のフィールド絶縁膜5に対する付
着力を著しく低下させるので、この工程は欠かせない。
BHF溶液を超純水で完全に濯ぎ落とし、乾燥したSi
C基板1を速やかに、蒸着装置のチャンバーの中に据え
付け、直ちに真空排気する。所定の到達圧力が得られた
ら、開口部6の内部及びフィールド絶縁膜5の表面全面
に、図13(c)に示すように、Al−Ti系電極膜1
7として、50nm厚のTi層、及びこの上の300n
m厚のAl層からなるTi/Al積層膜を蒸着する。開
口部6におけるステップカバレージを向上させるため、
第1及び第2の実施の形態とは異なり、斜め蒸着法を採
用することが好ましい。
i/Al積層膜の真空蒸着後、SiC基板1を真空蒸着
装置のチャンバーから取り出す。続いて、Al−Ti系
電極膜(Ti/Al積層膜)17の表面に、厚さ1〜2
μmのフォトレジスト23をスピンナーを用いて塗布す
る。そして、所定のフォトマスク(レティクル)を用
い、フォトレジスト23を選択的に露光し、現像するこ
とによって、図14(d)に示すように、開口部とその
周縁部のフィールド絶縁膜5の一部の上部にのみ、選択
的にフォトレジスト23を残存させる。
パターンをエッチングマスクとして図14(e)に示す
ように、開口部とその周縁部のフィールド絶縁膜5の上
部の一部にのみ、Al−Ti系電極膜57を残して、他
の部分のAl−Ti系電極膜17は除去する。エッチン
グはウェット・エッチングでもドライ・エッチングでも
構わない。ウェット・エッチングのエッチャントとして
燐酸(H3PO4):硝酸(HNO3):酢酸(CH3CO
OH)混合液を用いることが出来る。ドライ・エッチン
グのエッチャント・ガスとしては塩素(Cl2):3臭
化ホウ素(BBr3)混合ガスを用いることが出来る。
エッチングが終了したら専用のフォトレジスト剥離液に
浸漬させ、濯いで乾燥させる。乾燥後、酸素プラズマ灰
化装置にかけ、続いて、Arスパッタエッチャにかけ、
フォトレジストの灰化で生じたAl−Ti系電極膜57
の表面の酸化膜を完全に除去する。
〜1050℃の非酸化性雰囲気で短時間(数分程度)の
熱処理を施すと、図14(f)に示すように、Al−T
i系電極膜57とp型SiC領域32が相互に反応し
て、両者の界面領域に加熱反応層8が生成される。この
際、熱処理雰囲気に含まれる酸素及び水の分圧は少なく
とも、1×10-3Pa〜1×10-10Pa程度に制御
する。この結果、加熱反応層8とp型SiC領域32と
の間で優れたオーミック特性が実現される。Al−Ti
系電極膜57として、Ti層の上にAl層を堆積したT
i/Al積層膜においては、主に、熱処理前のTi層が
熱処理により加熱反応層8となる。一方、熱処理前のA
l層は、下部にAl−Si合金膜が生成され、上部に未
反応のAl膜が残留するので、Al−Si/Al層から
なる電極膜7が加熱反応層8の上に生成される。熱反応
層8としては、金属の炭化物と金属シリコンとを含む固
溶体が形成される。
同様に、SiC基板1の全面にAl等の導体膜を蒸着し
て、フォトリソグラフィ法とエッチング法でパターニン
グして配線導体素片9を形成し、図12に示すp型Si
C領域32に対するオーミック電極構造体が完成する。
なお、配線パターニングのエッチャント(=エッチング
液或いはエッチングガス)が電極膜47を侵す時は、配
線導体素片9は必ず電極膜47を覆うように配設する構
成とする。
ク電極構造体の効果を精密に評価するために、リニアT
LMコンタクト群を作製した。p型SiC領域32(=
イオン注入層)の不純物Alのドーピング密度は加熱反
応層8と接する付近で3×1020/cm3である。フィ
ールド絶縁膜5を構成している熱酸化膜3は1100℃
ドライ酸化膜(10nm厚)、上部絶縁膜4は常圧CV
Dで成膜したSiO2膜(400nm厚)である。加熱
反応層8を形成するための熱処理温度及び熱処理時間、
熱処理雰囲気はそれぞれ1000℃、5分、純Ar雰囲
気であった。
cはρc=6.4×10-7Ωcm2と第2の実施の形態
のTi/Al積層電極の場合とほぼ同じ値が得られた。
発明は第1乃至第3の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。
ロセスにおいては、フィールド絶縁膜5の要素である熱
酸化膜3は上部絶縁膜4形成の直前に形成する構成とな
っているが、図15の工程断面図に示すように、熱酸化
膜の形成を上部絶縁膜4形成の直後にする構成として
も、ほぼ同様な効果が得られる。
た方法と全く同様の方法で、SiC基板1の表面にp型
SiC領域32を形成する。そして、RCA洗浄法等の
SiC基板1洗浄法を用いて、SiC基板1を十分清浄
化する。この後、SiC基板1の上に、図15(a)に
示すように、常圧CVD法でSiO2膜等の酸素透過性
絶縁膜44を堆積する。
15(b)に示すように、乾燥酸素雰囲気で熱処理し、
SiC基板1の表面を熱酸化し、酸素透過性絶縁膜44
とSiC基板1との界面に熱酸化膜3を成長する。第1
の実施の形態と同様に、熱酸化膜3の厚さは50nm未
満、好ましくは5〜20nmが望ましい。この結果、熱
酸化膜3の上に、酸素透過性絶縁膜(SiO2膜)44
からなる上部絶縁膜4が位置し、2層構造からなるフィ
ールド絶縁膜5が形成される。
した図10(f)以下に示す方法と全く同様の工程を進
めることが可能である。即ち、図15(c)に示すよう
に、フィールド酸絶縁膜5の表面に厚さ1〜2μmのフ
ォトレジスト22をスピンナーを用いて塗布する。そし
て、所定のフォトマスク(レティクル)を用い、フォト
レジスト22を選択的に露光し、現像することによって
開口部6に対応する部分のフォトレジスト22を除去す
る。続いて、このフォトレジスト22のパターンをエッ
チングマスクとして用い、ウェット・エッチングするこ
とで、図15(c)に示すように、フィールド絶縁膜5
に開口部6を形成する。この後の説明は、重複するので
省略する。
m2台或いはこれ以下の実用的なコンタクト抵抗ρcを
達成することが可能である。
の1及びその2)に示すように、熱酸化膜の形成を開口
部形成の直後に実施しても良い。
た方法と全く同様の方法で、SiC基板1の表面にp型
SiC領域32を形成する。そして、SiC基板1を十
分清浄化後、SiC基板1の上に、図16(a)に示す
ように、常圧CVD法でSiO2膜等の酸素透過性絶縁
膜44を堆積する。
厚さ1〜2μmのフォトレジスト22をスピンナーを用
いて塗布する。そして、所定のフォトマスク(レティク
ル)を用い、フォトレジスト22を選択的に露光し、現
像することによって開口部6に対応する部分のフォトレ
ジスト22を除去する。続いて、このフォトレジスト2
2のパターンをエッチングマスクとして用い、酸素透過
性絶縁膜44をウェット・エッチングすることで、図1
6(b)に示すように、酸素透過性絶縁膜44に開口部
6を形成する。
用のフォトレジスト剥離液を用いて、酸素透過性絶縁膜
44のエッチングに使用したフォトレジスト22を剥離
する。続いて、SiC基板1をBHF溶液に約10秒浸
漬し、酸素透過性絶縁膜44を僅かにエッチングするこ
とによって、酸素透過性絶縁膜44に付着したフォトレ
ジスト22の残滓を完全に除去する。更に、RCA洗浄
法等のSiC基板1洗浄法を用いて、開口部6の内部に
露出したSiC基板1の表面を十分清浄化する。そし
て、図16(c)に示すように、乾燥酸素雰囲気で熱酸
化し、開口部6の内部に露出したSiC基板1の表面、
及び酸素透過性絶縁膜44とSiC基板1との界面に熱
酸化膜3を成長する。開口部6の内部に露出したSiC
基板1の表面の酸化速度は、酸素透過性絶縁膜44とS
iC基板1との界面における酸化速度よりも速いので、
開口部6の内部に露出したSiC基板1の表面の方が厚
い熱酸化膜が形成される。酸素透過性絶縁膜44とSi
C基板1との界面における熱酸化膜3の厚さは50nm
未満、好ましくは5〜20nmが望ましい。5nmより
薄い場合は表面研磨やイオン注入法で生じたSiC基板
1表面の損傷領域を除去する効果ならびに表面の異物を
除去する効果が乏しく、50nmより厚い場合は過度な
熱酸化によりSiC基板1表面が次第に荒れるからであ
る。
グして、図17(d)に示すように、開口部6の内部に
露出したSiC基板1の表面の熱酸化膜3を、自己整合
的に除く。
に、蒸着装置のチャンバーの中に据え付け、直ちに真空
排気する。所定の到達圧力が得られたら、開口部6の内
部及びフィールド絶縁膜5の表面全面に、図17(e)
に示すように、斜め蒸着法でAl−Ti系電極膜17を
蒸着する。
後、SiC基板1を真空蒸着装置のチャンバーから取り
出す。続いて、Al−Ti系電極膜17の表面に厚さ1
〜2μmのフォトレジスト23をスピンナーを用いて塗
布する。そして、所定のフォトマスク(レティクル)を
用い、フォトレジスト23を選択的に露光し、現像する
ことによって、開口部とその周縁部のフィールド絶縁膜
5に重畳する一部にのみ、選択的にフォトレジスト23
を残存させる。続いて、このフォトレジスト23のパタ
ーンをエッチングマスクとして図17(f)に示すよう
に、開口部とその周縁部のフィールド絶縁膜5の上部の
一部にのみ、Al−Ti系電極膜57を残して、他の部
分のAl−Ti系電極膜17は除去する。
した、図14(f)以下の方法と全く同様に、SiC基
板1を700℃〜1050℃の非酸化性雰囲気で短時間
(数分程度)の熱処理を施し、Al−Ti系電極膜57
とp型SiC領域32が相互に反応して、両者の界面領
域に加熱反応層8を生成する。この後の工程の説明は、
第3の実施の形態の説明と重複するので省略する。
10-6Ωcm2台或いはこれ以下の実用的なコンタクト
抵抗ρcを達成することが可能である。
半導体電子デバイスに付いて主に記載したが、本発明は
発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光デバイス
やこれを用いた光集積回路等に適用可能なことは勿論で
ある。
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従っ
て、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請
求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるも
のである。
極構造体の構成を示す要部断面図である。
明の第1の実施の形態に係るオーミック電極構造体の深
さ方向の組成を分析した結果を示す図である。
極構造体の製造工程を示す工程断面図(その1)であ
る。
極構造体の製造工程を示す工程断面図(その2)であ
る。
極構造体の製造工程を示す工程断面図(その3)であ
る。
極構造体に基づくTLMコンタクト群の電流−電圧特性
を示す図である。
極構造体に基づくTLMコンタクト群のTLM特性を示
す図である。
極構造体の構成を示す要部断面図である。
極構造体の製造工程を示す工程断面図(その1)であ
る。
電極構造体の製造工程を示す工程断面図(その2)であ
る。
電極構造体の製造工程を示す工程断面図(その3)であ
る。
電極構造体の構成を示す要部断面図である。
電極構造体の製造工程を示す工程断面図(その1)であ
る。
電極構造体の製造工程を示す工程断面図(その2)であ
る。
極構造体の製造工程を示す工程断面図である。
ク電極構造体の製造工程を示す工程断面図(その1)で
ある。
構造体の製造工程を示す工程断面図(その2)である。
Claims (21)
- 【請求項1】 炭化珪素(SiC)基板と、 該SiC基板の表面に選択的に形成されたp型SiC領
域と、 該p型SiC領域の表面の一部から内部に進入し、且つ
該p型SiC領域の表面から上方に突出して形成された
加熱反応層と、 該加熱反応層が貫通する第1の開口部を有し、前記Si
C基板と前記p型SiC領域の表面に接して配置された
熱酸化膜と、 該熱酸化膜とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜であっ
て、前記第1の開口部に連続した第2の開口部を有し、
且つ前記熱酸化膜の表面に配置された上部絶縁膜と、 該上部絶縁膜の前記第2の開口部において、前記加熱反
応層の上部に配置されたAl及びTiの少なくとも一方
を含む金属からなる電極膜とからなることを特徴とする
オーミック電極構造体。 - 【請求項2】 前記電極膜は、下部のチタン・シリコン
(Ti−Si)合金膜と上部のチタン(Ti)膜とから
なる積層膜、下部のアルミニウム・シリコン(Al−S
i)合金膜と上部のアルミニウム(Al)膜とからなる
積層膜、及び下部のアルミニウム・チタン・シリコン
(Al−Ti−Si)合金膜と上部のアルミニウム・チ
タン(Al−Ti)合金膜とからなる積層膜からなるグ
ループの内の少なくとも一つの積層膜を含む金属膜であ
ることを特徴とする請求項1記載のオーミック電極構造
体。 - 【請求項3】 前記加熱反応層は、金属の炭化物と金属
シリコン(Si)とを含む固溶体であることを特徴とす
る請求項1又は2記載のオーミック電極構造体。 - 【請求項4】 前記上部絶縁膜の絶縁破壊電界強度は、
前記熱酸化膜の絶縁破壊電界強よりも低いことを特徴と
する請求項1〜3のいずれか1項記載のオーミック電極
構造体。 - 【請求項5】 前記上部絶縁膜の緩衝フッ酸溶液による
エッチング速度が、前記熱酸化膜の前記緩衝フッ酸溶液
によるエッチング速度よりも速いことを特徴とする請求
項1〜4のいずれか1項記載のオーミック電極構造体。 - 【請求項6】 前記p型SiC領域の表面キャリア密度
は、1×1018/cm3〜5×1021/cm3であること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載のオーミ
ック電極構造体。 - 【請求項7】 前記熱酸化膜の厚さは2〜50nmであ
ることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の
オーミック電極構造体。 - 【請求項8】 前記熱酸化膜の厚さと前記上部絶縁膜の
厚さとを合計した値は、100nm〜3μmであること
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載のオーミ
ック電極構造体。 - 【請求項9】 前記電極膜の最上部の位置が、前記第2
の開口部の内部に存在することを特徴とする請求項1〜
8のいずれか1項記載のオーミック電極構造体。 - 【請求項10】 炭化珪素(SiC)基板の表面の少な
くとも一部に高不純物密度を有するp型SiC領域を形
成する工程と、 前記SiC基板の表面を洗浄する工程と、 前記SiC基板の表面をフィールド絶縁膜で被覆する工
程と、 前記p型SiC領域の少なくとも一部を露出するよう
に、前記フィールド絶縁膜に開口部を形成する工程と、 前記開口部の内部にAl−Ti系電極膜を配設する工程
と、 酸素(O2)及び水(H2O)の分圧が共に1×10-3
Pa〜1×10-10Paの非酸化性雰囲気中におい
て、前記SiC基板を熱処理し、前記Al−Ti系電極
膜と前記SiC基板との加熱反応層を生成する工程とを
有することを特徴とするオーミック電極構造体の製造方
法。 - 【請求項11】 前記フィールド絶縁膜で被覆する工程
は、 熱酸化により、前記SiC基板の表面に熱酸化膜を成長
する工程と、 該熱酸化膜の上部に、熱酸化以外の方法で、絶縁膜を堆
積する工程とからなることを特徴とする請求項10記載
のオーミック電極構造体の製造方法。 - 【請求項12】 前記フィールド絶縁膜で被覆する工程
は、 熱酸化以外の方法で、前記SiC基板の表面に酸素透過
性絶縁膜を堆積する工程と、 該酸素透過性絶縁膜の堆積後に、熱酸化により、前記S
iC基板の表面と前記酸素透過性絶縁膜との界面に、熱
酸化膜を成長する工程とからなることを特徴とする請求
項10記載のオーミック電極構造体の製造方法。 - 【請求項13】 炭化珪素(SiC)基板の表面の少な
くとも一部に高不純物密度を有するp型SiC領域を形
成する工程と、 前記SiC基板の表面を洗浄する工程と、 熱酸化以外の方法で、前記SiC基板の表面に酸素透過
性絶縁膜を堆積する工程と、 前記p型SiC領域の一部を選択的に露出するように、
前記酸素透過性絶縁膜に開口部を形成する工程と、 該開口部を形成する工程後に、熱酸化により、該開口部
に露出した前記SiC基板の表面、及び前記SiC基板
の表面と前記酸素透過性絶縁膜との界面に、熱酸化膜を
成長する工程と、 前記開口部に成長した前記熱酸化膜を除去する工程と、 前記熱酸化膜が除去された前記開口部の内部に、アルミ
ニウム・チタン(Al−Ti)系電極膜を配設する工程
と、 非酸化性雰囲気中において、前記SiC基板を熱処理し
前記Al−Ti系電極膜と前記SiC基板との加熱反応
層を生成する工程とを有することを特徴とするオーミッ
ク電極構造体の製造方法。 - 【請求項14】 前記加熱反応層を生成する工程は、酸
素(O2)及び水(H2O)の分圧が共に1×10-3P
a〜1×10-10Paである雰囲気中で実施されるこ
とを特徴とする請求項13記載のオーミック電極構造体
の製造方法。 - 【請求項15】前記Al−Ti系電極膜を配設する工程
は、 アルミニウム(Al)層の上にチタン(Ti)層を堆積
する工程、 Ti層の上にAl層を堆積する工程、 アルミニウム・チタン(Al−Ti)合金膜を堆積する
工程からなるグループの内の少なくとも一つの工程を含
むことを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項記
載のオーミック電極構造体の製造方法。 - 【請求項16】 前記開口部を形成する工程は、 フォトリソグラフィ法により、前記フィールド絶縁膜の
上部にエッチングマスクを形成する工程と、 該エッチングマスクを用いて、前記p型SiC領域の少
なくとも一部の上部に前記フィールド絶縁膜が残留する
ように、前記フィールド絶縁膜の一部をドライ・エッチ
ングで除去する工程と、 残留した前記フィールド絶縁膜をウェット・エッチング
で除去し、前記p型SiC領域の少なくとも一部を露出
する工程と、 超純水によるリンスで、露出した前記p型SiC領域を
清浄化する工程とからなることを特徴とする請求項10
〜12のいずれか1項記載のオーミック電極構造体の製
造方法。 - 【請求項17】 前記Al−Ti系電極膜を配設する工
程は、 前記エッチングマスクが、前記フィールド絶縁膜の上部
に残留した状態で、前記Al−Ti系電極膜を前記エッ
チングマスクの上部及び前記開口部を含む全面に堆積す
る工程と、 該全面に堆積する工程の後、前記エッチングマスクを除
去することにより、前記Al−Ti系電極膜を前記開口
部の内部にのみ選択的に残留させる工程とからなること
を特徴とする請求項16記載のオーミック電極構造体の
製造方法。 - 【請求項18】 前記開口部を形成する工程は、 フォトリソグラフィ法により、前記酸素透過性絶縁膜の
上部にエッチングマスクを形成する工程と、 該エッチングマスクを用いて、前記p型SiC領域の少
なくとも一部の上部に前記酸素透過性絶縁膜が残留する
ように、前記酸素透過性絶縁膜の一部を除去する工程
と、 残留した前記酸素透過性絶縁膜をウェット・エッチング
で除去し、前記p型SiC領域の少なくとも一部を露出
する工程と、 超純水によるリンスで、露出した前記p型SiC領域を
清浄化する工程とからなることを特徴とする請求項13
又は14記載のオーミック電極構造体の製造方法。 - 【請求項19】炭化珪素(SiC)基板と、 該SiC基板の表面に選択的に形成された主電極領域と
して機能するp型SiC領域と、 該p型SiC領域の表面の一部から内部に進入し、且つ
該p型SiC領域の表面から上方に突出して形成された
加熱反応層と、 該加熱反応層が貫通する第1の開口部を有し、前記Si
C基板と前記p型SiC領域の表面に接して配置された
熱酸化膜と、 該熱酸化膜とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜であっ
て、前記第1の開口部に連続した第2の開口部を有し、
且つ前記熱酸化膜の表面に配置された上部絶縁膜と、 該上部絶縁膜の前記第2の開口部において、前記加熱反
応層の上部に配置されたAl及びTiの少なくとも一方
を含む金属からなる電極膜と、 該電極膜に接続される主電極配線とからなることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項20】 前記電極膜は、下部のチタン・シリコ
ン(Ti−Si)合金膜と上部のチタン(Ti)膜とか
らなる積層膜、下部のアルミニウム・シリコン(Al−
Si)合金膜と上部のアルミニウム(Al)膜とからな
る積層膜、及び下部のアルミニウム・チタン・シリコン
(Al−Ti−Si)合金膜と上部のアルミニウム・チ
タン(Al−Ti)合金膜とからなる積層膜からなるグ
ループの内の少なくとも一つの積層膜を含む金属膜であ
ることを特徴とする請求項19記載の半導体装置。 - 【請求項21】 前記加熱反応層は、金属の炭化物と金
属シリコン(Si)とを含む固溶体であることを特徴と
する請求項19又は20記載の半導体装置。
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