JP4506100B2

JP4506100B2 - 炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法

Info

Publication number: JP4506100B2
Application number: JP2003131071A
Authority: JP
Inventors: 裕司長谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004335815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイドギャップ半導体である炭化珪素（ＳｉＣ）を構成材料としたショットキーバリアダイオードは、ＳｉＣが一般的な構成材料であるシリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊耐圧において約１桁高く、また、約２倍の電子飽和ドリフト速度という優れた物性を有しているため、高周波でかつ大電力制御可能な素子として有望である。
【０００３】
しかしながら，大電力による高周波動作では逆電圧の印加時にショットキー電極の周縁部に電界集中が発生し，ＳｉＣを構成材料にすることによって本来見込まれる耐圧より低電圧で素子が破壊する場合がある。このような周縁部への電界集中を緩和して耐圧を確保するために、ショットキー電極周縁部にいわゆるガードリングとよばれる終端構造を形成して素子の耐圧向上を図っていた。
【０００４】
かかる終端構造はショットキー電極周縁部のｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層中にｐ型不純物をイオン注入した後，１５００℃以上の高温で熱処理して、イオン注入されたｐ型不純物を電気的に活性化させｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層とは逆導電型のｐ型領域とすることにより形成されていた。しかしながら、不純物活性化アニール時の１５００℃以上という極めて高温で行われる処理によってＳｉＣ結晶表面に損傷が発生し，ＳｉＣショットキーバリアダイオードに逆耐圧を印加した際に、損傷を介したショットキー電極からのリーク電流が増大するという素子特性上の不具合が生じた。
【０００５】
特許文献１に開示された従来のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法では，上述のような問題が生じる高温熱処理に代えて、レーザ活性化アニールを実施していた。レーザ活性化アニールでは従来の熱処理より低温で、同レベルの不純物の電気的活性化の効果がもたらされるからである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８９５５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＳｉＣショットキーバリアダイオードの場合，イオン注入不純物の電気的活性化を目的としたレーザ活性化アニールは終端構造の形成領域のみで実施すればよく，ショットキー電極の形成領域のＳｉＣ表面にはレーザ照射による活性化アニールは何ら必要ないばかりか、却って結晶表面荒れの原因となった。しかしながら、終端構造の形成領域のみ局所的にレーザ活性化アニールしようとすると、スループットが極端に低下し、素子を容易に製造できないという問題が新たに発生した。一方、ウエハ全面を一様にレーザ活性化アニールすると、本来アニールする必要の無いショットキー電極形成領域のＳｉＣ表面もレーザ照射されてしまい、上述の結晶表面荒れの原因となった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ショットキー電極からのリーク電流が小さい良好な素子特性を具備するＳｉＣショットキーバリアダイオードを容易に製造することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法は、ｎ型炭化珪素基板と、上記ｎ型炭化珪素基板上に形成されたｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層と、上記ｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層上に設けられたショットキー電極と、上記ショットキー電極の周縁部の上記ｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層中に設けられたｐ型終端構造と、を備えた炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法であって、上記終端構造の形成領域にｐ型不純物をイオン注入するイオン注入工程と、前記イオン注入工程の後に、上記ショットキー電極の形成領域上にレーザ光の透過を防止する保護膜を設け、上記ｐ型終端構造の形成領域にレーザ光を照射することにより上記イオン注入されたｐ型不純物を活性化させるレーザ活性化アニール工程と、前記レーザ活性化アニール工程の後に前記保護膜を除去する工程と、前記保護膜を除去する工程の後に前記ショットキー電極を形成する工程と、を含んでなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法を図１および２に基づき説明する。ここで、図１はＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造工程中、ｐ型終端構造にレーザ活性化アニールを行う工程を示す図であり、図２はショットキー電極および裏面オーミック電極形成後のＳｉＣショットキーバリアダイオードを示す図である。図中、１はｎ型ＳｉＣ基板、２はｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層、３はｐ型終端構造、４は保護膜、５はショットキー電極、６はｎ型裏面オーミック電極、をそれぞれ示す。
【００１１】
以下、実施の形態１のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法を説明する。まず、ｎ型ＳｉＣ基板１上にｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層２を結晶成長する。続いてｐ型終端構造３を形成すべく、後工程でショットキー電極５を形成する領域の周縁部のｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層２中にｐ型不純物をイオン注入する。イオン注入におけるイオン種として，ｎ型ＳｉＣ基板１に対して逆導電型のｐ型不純物、例えばアルミニウムイオンが好適である。なお、ＳｉＣ基板１がｐ型の場合は、ＳｉＣ基板１に対して逆導電型のｎ型不純物をイオン注入すれば良い。
【００１２】
上述のイオン注入に際しては、ｐ型終端構造３の形成領域のみ選択的にイオン注入可能なように、ｐ型終端構造３の形成領域以外の領域をレジスト等によって被覆してイオン注入マスクを設ける。
【００１３】
上述のイオン注入マスクを除去後、後工程でショットキー電極５を形成する領域に保護膜４を形成する。照射するレーザの波長に対して反射率，吸収率あるいは透過率が所望の値となるように保護膜４の材質および膜厚を選択する。保護膜４の膜種としては、例えば窒化シリコン膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）が好適である。また、上述の各設定値を実現できるような材質および膜厚からなるレジスト膜でも良い。
【００１４】
レーザ活性化アニール時のレーザ光源としては、例えば波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ、あるいは波長４８８ｎｍのＡｒイオンレーザが好適である。ＳｉＣ結晶のバンドギャップエネルギーより高いエネルギーのレーザ波長のレーザ光により、ＳｉＣ結晶を効果的にアニールできるからである。
【００１５】
レーザ光を照射する際には，ウエハを室温あるいは１００℃〜１０００℃の温度に保持する。レーザ照射は１回あるいは複数回行い，ＳｉＣ結晶中にイオン注入された不純物の電気的な活性化を行う。
【００１６】
続いて、保護膜４を除去した後、ｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層２表面にチタン（Ｔｉ）等の金属からなるショットキー電極５を形成し，ｎ型ＳｉＣ基板１の裏面側、すなわちｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層２が形成されている側とは反対側の面上にニッケル（Ｎｉ）等の金属からなるｎ型裏面オーミック電極６を形成する（図２）。
【００１７】
ＳｉＣショットキーバリアダイオードに逆電圧が印加された場合，ショットキー電極５の周縁部の電界集中は不純物をイオン注入したｐ型終端構造３により緩和され，この結果、ＳｉＣショットキーバリアダイオードの耐圧が向上する。
【００１８】
本実施の形態におけるＳｉＣショットキーバリアダイオードで、ショットキー電極５下面に位置するｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層２表面では、ウエハ全面にレーザ照射するレーザ活性化アニール時でもレーザ光を効果的に防止する保護膜４の存在によってかかる領域の温度上昇の度合いがｐ型終端構造３の領域に比べて著しく低温となるため，温度上昇に起因するＳｉＣ結晶表面の損傷が保護膜４の無い場合より顕著に低減できる。したがって、ＳｉＣショットキーバリアダイオード動作の際、結晶表面損傷を介して生じるショットキー電極５からのリーク電流を大幅に低減できる。さらに、ショットキー電極５形成領域のＳｉＣ結晶表面を露出していた場合に生じるおそれのある結晶表面の汚染や損傷も防止できる。つまり、ショットキー電極５形成領域のＳｉＣ結晶表面荒れを誘起することなく、レーザ照射の走査をウエハ全面で行うことができるので、素子特性を良好に維持した状態でレーザ照射の作業性やスループットを向上できる。
【００１９】
上述のイオン注入において、イオン注入する不純物はボロン（Ｂ）イオンでもよい。また、イオン注入の際，ＳｉＣ表面の全面を酸化膜等で覆ってイオン注入すると、イオン注入時のＳｉＣ表面の汚染，損傷を有効に防止できる。
【００２０】
以上、本実施の形態のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法によると、レーザ活性化アニール時にショットキー電極に相当する領域にレーザ光を透過しないような保護膜を形成してウエハ全面をレーザ照射することとしたので、ショットキー電極からのリーク電流の小さい良好な素子特性を有するＳｉＣショットキーバリアダイオードを容易に製造できる。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態２のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法を図３に示す。本実施の形態のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法では、ショットキー電極５の形成領域に設けられた保護膜４ａがレーザ照射時の保護マスクとイオン注入時のイオン注入マスクの両方の機能を兼用することにより，図３に示すようにレーザ活性化アニールとイオン注入を同時あるいは交互に行うものである。
【００２２】
上述の複数の機能を具備する保護膜４ａを適用すると、イオン注入工程とレーザ活性化アニール工程で別個の保護膜を一々形成する必要がなくなる。よって、例えば、不純物イオン注入を異なる加速エネルギーで複数回行って所望の深さまでの不純物濃度を得る際に，イオン注入とレーザ活性化アニールを同時にあるいは交互に連続的にするような工程を単一の保護膜４ａのみ使用して実行できるので、工程全体が簡略化できる。
【００２３】
以上、実施の形態２のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法では、ｐ型終端構造の形成領域への不純物のイオン注入とレーザ活性化アニールを連続的に実施できるので，実施の形態１の製造方法の効果に加えて、さらに、工程全体の簡略化およびイオン注入不純物の活性化率の向上が達成できる。
【００２４】
実施の形態３．
実施の形態３のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法を図４に示す。本実施の形態のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法では、ショットキー電極５の形成領域に第１保護膜４を、ｐ型終端構造３の形成領域に第２保護膜７をそれぞれ別個に形成する。ここで，第１保護膜４と第２保護膜７は照射されるレーザに対して異なる反射率，透過率あるいは吸収率を具備するように各保護膜の材質や膜厚等を選択している。
【００２５】
上述のような保護膜構成を適用すると、各保護膜４，７の固有の性質によってショットキー電極５の形成領域とｐ型終端構造３の形成領域間で、同一のレーザ照射によって生じる温度分布を意図的に変えることが可能となる。したがって、ｐ型終端構造３の形成領域はイオン注入不純物の電気的な活性化に充分なアニール温度に到達する一方，ショットキー電極５の形成領域におけるｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層２の表面近傍の温度は不純物注入されたｐ型終端構造３よりも低温となるように設定可能となるので、ｐ型終端構造３の形成領域における良好な不純物活性化率を保持すると同時に、ショットキー電極５の形成領域のＳｉＣ結晶表面の荒れを効果的に防止できる。よって，ＳｉＣショットキーバリアダイオード動作時のショットキー電極からのリーク電流を大幅に低減できる。
【００２６】
以上、実施の形態３のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法によれば、実施の形態１あるいは２の製造方法に比べて、良好な素子特性を具備するＳｉＣショットキーバリアダイオードを一層容易に製造できる効果がある。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法は、ｎ型炭化珪素基板と、上記ｎ型炭化珪素基板上に形成されたｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層と、上記ｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層上に設けられたショットキー電極と、上記ショットキー電極の周縁部の上記ｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層中に設けられたｐ型終端構造と、を備えた炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法であって、上記終端構造の形成領域にｐ型不純物をイオン注入するイオン注入工程と、上記ショットキー電極の形成領域上にレーザ光の透過を防止する保護膜を設け、ウエハ全面にレーザ光を照射することにより上記イオン注入されたｐ型不純物を活性化させるレーザ活性化アニール工程と、を含んでなるので、ショットキー電極からのリーク電流の小さい良好な素子特性を具備するＳｉＣショットキーバリアダイオードを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造工程中、ｐ型終端構造にレーザ活性化アニールを行う工程を示す図である。
【図２】ショットキー電極および裏面オーミック電極形成後のＳｉＣショットキーバリアダイオードを示す図である。
【図３】実施の形態２のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造工程の一部を示す図である。
【図４】実施の形態３のＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
１ｎ型ＳｉＣ基板、２ｎ型ＳｉＣエピタキシャル成長層、３ｐ型終端構造、４、４ａ保護膜（第１保護膜）、５ショットキー電極、６ｎ型裏面オーミック電極、７第２保護膜。

Claims

ｎ型炭化珪素基板と、前記ｎ型炭化珪素基板上に形成されたｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層と、前記ｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層上に設けられたショットキー電極と、前記ショットキー電極の周縁部の前記ｎ型炭化珪素エピタキシャル成長層中に設けられたｐ型終端構造と、を備えた炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記ｐ型終端構造の形成領域にｐ型不純物をイオン注入するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程の後に、前記ショットキー電極の形成領域上にレーザ光の透過を防止する保護膜を設け、ウエハ全面に前記レーザ光を照射することにより前記イオン注入されたｐ型不純物を活性化させるレーザ活性化アニール工程と、
前記レーザ活性化アニール工程の後に前記保護膜を除去する工程と、
前記保護膜を除去する工程の後に前記ショットキー電極を形成する工程と、
を含んでなる炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法。
前記レーザ活性化アニール工程は、前記レーザ光を照射する前に前記レーザ光に対して前記保護膜と異なる反射率、透過率あるいは吸収率を有している第２保護膜を前記ｐ型終端構造の形成領域に更に設ける工程を含むことを特徴とする
請求項１記載の炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法。
前記保護膜が窒化シリコン膜で構成されていることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素ショットキーバリアダイオードの製造方法。