JPH0864802A - 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
炭化珪素半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH0864802A JPH0864802A JP12153095A JP12153095A JPH0864802A JP H0864802 A JPH0864802 A JP H0864802A JP 12153095 A JP12153095 A JP 12153095A JP 12153095 A JP12153095 A JP 12153095A JP H0864802 A JPH0864802 A JP H0864802A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭化珪素に対してコンタクト抵抗の小さい電
極を有するSiC半導体装置及びその製法を提供する。
ゲート電極材と電極配線との反応を抑制する。 【構成】 p型のSiC基板11のn型のソース領域1
2及びドレイン領域13上にTiN,ZrN,HfN,
VN又はTaNのいずれかからなる金属窒化物製の電極
16a及び16bをそれぞれ形成する。金属窒化物製の
電極16a,16bが接触する領域12,13の表層部
に窒素リッチ層12a,13aを形成する。この窒素リ
ッチ層により電極のコンタクト抵抗を小さくする。Mo
のゲート電極15とAlの電極配線17cとの間にTi
N,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれかからな
る金属窒化物層16cを介在させ、これらの反応を抑制
する。
極を有するSiC半導体装置及びその製法を提供する。
ゲート電極材と電極配線との反応を抑制する。 【構成】 p型のSiC基板11のn型のソース領域1
2及びドレイン領域13上にTiN,ZrN,HfN,
VN又はTaNのいずれかからなる金属窒化物製の電極
16a及び16bをそれぞれ形成する。金属窒化物製の
電極16a,16bが接触する領域12,13の表層部
に窒素リッチ層12a,13aを形成する。この窒素リ
ッチ層により電極のコンタクト抵抗を小さくする。Mo
のゲート電極15とAlの電極配線17cとの間にTi
N,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれかからな
る金属窒化物層16cを介在させ、これらの反応を抑制
する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化珪素基板を使用し
たMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Ef
fect Transistor)、MESFET(MEtal Semiconduct
or Field-Effect Transistor)、バイポーラトランジス
タ、縦型MOSトランジスタ等の半導体装置及びその製
造方法に関する。更に詳しくはコンタクト電極として金
属窒化物を用いた炭化珪素半導体装置及びその製法に関
するものである。
たMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Ef
fect Transistor)、MESFET(MEtal Semiconduct
or Field-Effect Transistor)、バイポーラトランジス
タ、縦型MOSトランジスタ等の半導体装置及びその製
造方法に関する。更に詳しくはコンタクト電極として金
属窒化物を用いた炭化珪素半導体装置及びその製法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】炭化珪素(SiC)半導体は、現在広く
実用化されている珪素(Si)や砒化ガリウム(GaA
s)等の他の半導体に比べて禁制帯幅が広く(2.2〜
3.3eV)、また熱的、化学的、機械的に安定で、耐
放射線性にも優れている。従って、炭化珪素を用いた半
導体装置は、他の半導体材料では使用困難な高温、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
を示す素子として使用することができ、広範な分野での
応用が期待されている。特に、広い禁制帯幅に着目し
た、青色を放つ発光素子としての利用は、現在実用化の
段階に入っている。
実用化されている珪素(Si)や砒化ガリウム(GaA
s)等の他の半導体に比べて禁制帯幅が広く(2.2〜
3.3eV)、また熱的、化学的、機械的に安定で、耐
放射線性にも優れている。従って、炭化珪素を用いた半
導体装置は、他の半導体材料では使用困難な高温、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
を示す素子として使用することができ、広範な分野での
応用が期待されている。特に、広い禁制帯幅に着目し
た、青色を放つ発光素子としての利用は、現在実用化の
段階に入っている。
【0003】しかしながら、炭化珪素の電子デバイスと
しての応用は、発光素子としての利用に比べて、甚だ遅
れている。その原因の一つは、複雑な電子デバイス作製
プロセスに適した、炭化珪素に対して電気的に良好な抵
抗性コンタクトを形成する電極材、及びその形成法が未
開発であることにある。研究レベルにおいて、n型炭化
珪素半導体への抵抗性コンタクトを形成する電極材とし
て検討されているものとしては、タングステン(W),
チタン(Ti),ニッケル(Ni)及びそれらのシリサ
イドがある。これらのコンタクト抵抗値は、おおむね1
0-1〜10-4ohm・cm2程度である。これは実用化
されているSiやGaAsの半導体装置での典型的な値
(約10-6ohm・cm2)と大きな隔たりがある。
しての応用は、発光素子としての利用に比べて、甚だ遅
れている。その原因の一つは、複雑な電子デバイス作製
プロセスに適した、炭化珪素に対して電気的に良好な抵
抗性コンタクトを形成する電極材、及びその形成法が未
開発であることにある。研究レベルにおいて、n型炭化
珪素半導体への抵抗性コンタクトを形成する電極材とし
て検討されているものとしては、タングステン(W),
チタン(Ti),ニッケル(Ni)及びそれらのシリサ
イドがある。これらのコンタクト抵抗値は、おおむね1
0-1〜10-4ohm・cm2程度である。これは実用化
されているSiやGaAsの半導体装置での典型的な値
(約10-6ohm・cm2)と大きな隔たりがある。
【0004】またW,Ti及びそのシリサイドは、低温
熱処理するとコンタクト特性の劣化を生じる。現在、コ
ンタクト抵抗値が低いとされるNiであっても低いコン
タクト抵抗値を得るためには、1100℃以上の高温熱
処理を必要としている。このように上記電極材はデバイ
ス作製プロセスには不適である。また高温熱処理を必要
としないn型炭化珪素の抵抗性コンタクトの電極材とし
て、TiNが開示されている(R.C.Glass et al.,"Low
energy ion-assisted deposition of titaniumnitride
ohmic contacts on alpha (6H)-silicon carbide" App
l.Phys.Lett.59(22),pp.2868-2870(1991))。この文献
によれば、TiNの成膜はイオンガンにより窒素イオン
をアシストしたTiの蒸着法により行われる。
熱処理するとコンタクト特性の劣化を生じる。現在、コ
ンタクト抵抗値が低いとされるNiであっても低いコン
タクト抵抗値を得るためには、1100℃以上の高温熱
処理を必要としている。このように上記電極材はデバイ
ス作製プロセスには不適である。また高温熱処理を必要
としないn型炭化珪素の抵抗性コンタクトの電極材とし
て、TiNが開示されている(R.C.Glass et al.,"Low
energy ion-assisted deposition of titaniumnitride
ohmic contacts on alpha (6H)-silicon carbide" App
l.Phys.Lett.59(22),pp.2868-2870(1991))。この文献
によれば、TiNの成膜はイオンガンにより窒素イオン
をアシストしたTiの蒸着法により行われる。
【0005】一方、従来より炭化珪素基板を用いた半導
体装置としてMOSFETが、例えば特開昭60−14
2568号公報に開示されている。この半導体装置は、
p型炭化珪素単結晶基板にソース・ドレイン領域を形成
した後、これらの電極としてソース・ドレイン領域上に
Niを形成し、ゲート電極としてはアルミニウム(A
l)を用いて作られる。これらの電極に対しては金属配
線が接続される。また従来、MESFETの半導体装置
ではゲート電極に白金(Pt),金(Au),Alが用
いられている。
体装置としてMOSFETが、例えば特開昭60−14
2568号公報に開示されている。この半導体装置は、
p型炭化珪素単結晶基板にソース・ドレイン領域を形成
した後、これらの電極としてソース・ドレイン領域上に
Niを形成し、ゲート電極としてはアルミニウム(A
l)を用いて作られる。これらの電極に対しては金属配
線が接続される。また従来、MESFETの半導体装置
ではゲート電極に白金(Pt),金(Au),Alが用
いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、窒素イオンを
アシストしたTiの蒸着法によるTiNの電極は、Ti
N電極に接触する炭化珪素の一定の厚さの表層部に窒素
が導入されていないか、或いは導入されたとしても電気
的に活性化されていないため、コンタクト抵抗が低くな
い欠点があった。この点を解決するために炭化珪素のn
型ドーパントである窒素を炭化珪素中に導入し電気的に
n型のキャリアを活性化させる方法が着目され、この方
法として窒素イオンをイオン注入した後熱処理する方法
が試みられている。しかしこの方法では窒素イオンを炭
化珪素の表層部にのみ高濃度に注入することが困難であ
るため、特に微細なコンタクトを容易に形成できない不
具合がある。また特開昭60−142568号公報に示
される半導体装置にあっては、以下の課題を有してい
た。即ち、第一にソース・ドレイン領域にNiの電極材
を使用した場合には上述のようにSiやGaAsの半導
体装置と比べてコンタクト抵抗が依然として大きい。第
二にゲート電極材としてAlを用いた場合には、Alが
高温熱処理により溶融してしまうため、実際にはモリブ
デン(Mo)やWのような高融点金属を用いなければな
らない。こうした高融点金属を用いると熱処理時に高融
点金属がその上のAlやタングステンシリサイド(WS
ix)のような電極配線と反応し、この反応生成物によ
りゲート電極に凹凸、孔、剥離等の不具合が生じてい
た。ここで、本願の発明者らは、鋭意検討の結果SiC
の電極材として窒化チタン(TiN),窒化ジルコニウ
ム(ZrN),窒化ハフニウム(HfN),窒化バナジ
ウム(VN)又は窒化タンタル(TaN)のいずれかか
らなる金属窒化物を用いること、更に金属窒化物層が形
成されるSiCの表層部に窒素(N)リッチ層を形成す
ると、そのコンタクト抵抗が小さくなることを知見し
た。また上記金属窒化物層をゲート電極材である例えば
Moと電極配線であるWSixの間に介装することによ
り、ゲート電極材が電極配線と反応するのを抑制できる
ことも知見した。
アシストしたTiの蒸着法によるTiNの電極は、Ti
N電極に接触する炭化珪素の一定の厚さの表層部に窒素
が導入されていないか、或いは導入されたとしても電気
的に活性化されていないため、コンタクト抵抗が低くな
い欠点があった。この点を解決するために炭化珪素のn
型ドーパントである窒素を炭化珪素中に導入し電気的に
n型のキャリアを活性化させる方法が着目され、この方
法として窒素イオンをイオン注入した後熱処理する方法
が試みられている。しかしこの方法では窒素イオンを炭
化珪素の表層部にのみ高濃度に注入することが困難であ
るため、特に微細なコンタクトを容易に形成できない不
具合がある。また特開昭60−142568号公報に示
される半導体装置にあっては、以下の課題を有してい
た。即ち、第一にソース・ドレイン領域にNiの電極材
を使用した場合には上述のようにSiやGaAsの半導
体装置と比べてコンタクト抵抗が依然として大きい。第
二にゲート電極材としてAlを用いた場合には、Alが
高温熱処理により溶融してしまうため、実際にはモリブ
デン(Mo)やWのような高融点金属を用いなければな
らない。こうした高融点金属を用いると熱処理時に高融
点金属がその上のAlやタングステンシリサイド(WS
ix)のような電極配線と反応し、この反応生成物によ
りゲート電極に凹凸、孔、剥離等の不具合が生じてい
た。ここで、本願の発明者らは、鋭意検討の結果SiC
の電極材として窒化チタン(TiN),窒化ジルコニウ
ム(ZrN),窒化ハフニウム(HfN),窒化バナジ
ウム(VN)又は窒化タンタル(TaN)のいずれかか
らなる金属窒化物を用いること、更に金属窒化物層が形
成されるSiCの表層部に窒素(N)リッチ層を形成す
ると、そのコンタクト抵抗が小さくなることを知見し
た。また上記金属窒化物層をゲート電極材である例えば
Moと電極配線であるWSixの間に介装することによ
り、ゲート電極材が電極配線と反応するのを抑制できる
ことも知見した。
【0007】本発明の目的は、炭化珪素に対してコンタ
クト抵抗の小さい電極を有する炭化珪素半導体装置を提
供することにある。本発明の別の目的は、ゲート電極材
と電極配線との反応を抑制する炭化珪素半導体装置を提
供することにある。本発明の更に別の目的は、これらの
炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することにある。
クト抵抗の小さい電極を有する炭化珪素半導体装置を提
供することにある。本発明の別の目的は、ゲート電極材
と電極配線との反応を抑制する炭化珪素半導体装置を提
供することにある。本発明の更に別の目的は、これらの
炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1又は図7(B)に示
すように、請求項1に係る発明は、n型の炭化珪素領域
12,13又はn型の炭化珪素基板21と、この炭化珪
素領域12,13又は炭化珪素基板21上に形成された
TiN,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれかか
らなる金属窒化物製の電極16a,16b又は26a,
26bとを備えた炭化珪素半導体装置であって、金属窒
化物製の電極16a,16b又は26a,26bが接触
する炭化珪素領域12,13又は炭化珪素基板21の表
層部に窒素リッチ層12a,13a又は22a,23b
が形成されたことを特徴とする。上記n型の炭化珪素基
板21又はn型の炭化珪素領域12,13を形成するた
めのp型の炭化珪素基板11としては、α−SiC又は
β−SiCのいずれを使用してもよい。
すように、請求項1に係る発明は、n型の炭化珪素領域
12,13又はn型の炭化珪素基板21と、この炭化珪
素領域12,13又は炭化珪素基板21上に形成された
TiN,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれかか
らなる金属窒化物製の電極16a,16b又は26a,
26bとを備えた炭化珪素半導体装置であって、金属窒
化物製の電極16a,16b又は26a,26bが接触
する炭化珪素領域12,13又は炭化珪素基板21の表
層部に窒素リッチ層12a,13a又は22a,23b
が形成されたことを特徴とする。上記n型の炭化珪素基
板21又はn型の炭化珪素領域12,13を形成するた
めのp型の炭化珪素基板11としては、α−SiC又は
β−SiCのいずれを使用してもよい。
【0009】図1に示すように、請求項2に係る発明
は、p型の炭化珪素基板11に絶縁膜14aを介してゲ
ート電極15を設けた炭化珪素半導体装置において、上
記ゲート電極15とこのゲート電極15に接続される電
極配線17cとの間にTiN,ZrN,HfN,VN又
はTaNのいずれかからなる金属窒化物層16cを介在
させたことを特徴とする。請求項2に係るゲート電極1
5はMo、W、それらのシリサイド等の高融点金属又は
ポリシリコンからなり、電極配線17cはAl又はWS
ixからなる。
は、p型の炭化珪素基板11に絶縁膜14aを介してゲ
ート電極15を設けた炭化珪素半導体装置において、上
記ゲート電極15とこのゲート電極15に接続される電
極配線17cとの間にTiN,ZrN,HfN,VN又
はTaNのいずれかからなる金属窒化物層16cを介在
させたことを特徴とする。請求項2に係るゲート電極1
5はMo、W、それらのシリサイド等の高融点金属又は
ポリシリコンからなり、電極配線17cはAl又はWS
ixからなる。
【0010】図7(B)に示すように、請求項3に係る
発明は、n型の炭化珪素基板21上にゲート電極25を
直接設けた炭化珪素半導体装置において、上記ゲート電
極25とこのゲート電極25に接続される電極配線27
cとの間にTiN,ZrN,HfN,VN又はTaNの
いずれかからなる金属窒化物層26cを介在させたこと
を特徴とする。この半導体装置は例えばSiC−MES
FETに適用される。請求項3に係るゲート電極25は
Au、Pt又はAlからなり、電極配線27cはAl又
はWSixからなる。
発明は、n型の炭化珪素基板21上にゲート電極25を
直接設けた炭化珪素半導体装置において、上記ゲート電
極25とこのゲート電極25に接続される電極配線27
cとの間にTiN,ZrN,HfN,VN又はTaNの
いずれかからなる金属窒化物層26cを介在させたこと
を特徴とする。この半導体装置は例えばSiC−MES
FETに適用される。請求項3に係るゲート電極25は
Au、Pt又はAlからなり、電極配線27cはAl又
はWSixからなる。
【0011】図1に示すように、請求項4に係る発明
は、p型の炭化珪素基板11と、この炭化珪素基板11
上に絶縁膜14aを介して設けられたゲート電極15
と、この炭化珪素基板11上に形成されたn型のソース
・ドレイン炭化珪素領域12,13と、この炭化珪素領
域12,13に形成されたTiN,ZrN,HfN,V
N又はTaNのいずれかからなる金属窒化物製の電極1
6a,16bとを備えた炭化珪素半導体装置であって、
上記ゲート電極15とこのゲート電極15に接続される
電極配線17cとの間にTiN,ZrN,HfN,VN
又はTaNのいずれかからなる金属窒化物層16cを介
在させるとともに、上記金属窒化物製の電極16a,1
6bが接触する上記炭化珪素領域12,13の表層部に
窒素リッチ層12a,13aが形成されたことを特徴と
する。
は、p型の炭化珪素基板11と、この炭化珪素基板11
上に絶縁膜14aを介して設けられたゲート電極15
と、この炭化珪素基板11上に形成されたn型のソース
・ドレイン炭化珪素領域12,13と、この炭化珪素領
域12,13に形成されたTiN,ZrN,HfN,V
N又はTaNのいずれかからなる金属窒化物製の電極1
6a,16bとを備えた炭化珪素半導体装置であって、
上記ゲート電極15とこのゲート電極15に接続される
電極配線17cとの間にTiN,ZrN,HfN,VN
又はTaNのいずれかからなる金属窒化物層16cを介
在させるとともに、上記金属窒化物製の電極16a,1
6bが接触する上記炭化珪素領域12,13の表層部に
窒素リッチ層12a,13aが形成されたことを特徴と
する。
【0012】請求項5に係る発明は、請求項4に係る発
明において、ゲート電極15が高融点金属又はポリシリ
コンからなり、このゲート電極15の両側のp型の炭化
珪素基板11にn型のソース・ドレイン炭化珪素領域1
2,13が形成され、これらの炭化珪素領域12,13
にTiN,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれか
からなる金属窒化物製の電極16a,16bが形成され
る炭化珪素半導体装置である。この半導体装置は例えば
SiC−MOSFETに適用される。
明において、ゲート電極15が高融点金属又はポリシリ
コンからなり、このゲート電極15の両側のp型の炭化
珪素基板11にn型のソース・ドレイン炭化珪素領域1
2,13が形成され、これらの炭化珪素領域12,13
にTiN,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれか
からなる金属窒化物製の電極16a,16bが形成され
る炭化珪素半導体装置である。この半導体装置は例えば
SiC−MOSFETに適用される。
【0013】図7(B)に示すように、請求項6に係る
発明は、n型の炭化珪素基板21と、この炭化珪素基板
21上に直接設けられたAu、Pt又はAlからなるゲ
ート電極25と、この炭化珪素基板21上に形成された
n型のソース・ドレイン炭化珪素領域22,23と、こ
れらの炭化珪素領域22,23に形成されたTiN,Z
rN,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属
窒化物製の電極26a,26bとを備えた炭化珪素半導
体装置であって、上記ゲート電極25とこのゲート電極
25に接続される電極配線27cとの間にTiN,Zr
N,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属窒
化物層26cを介在させるとともに、上記金属窒化物製
の電極26a,26bが接触する炭化珪素領域22,2
3の表層部に窒素リッチ層22a,23bが形成された
ことを特徴とする。
発明は、n型の炭化珪素基板21と、この炭化珪素基板
21上に直接設けられたAu、Pt又はAlからなるゲ
ート電極25と、この炭化珪素基板21上に形成された
n型のソース・ドレイン炭化珪素領域22,23と、こ
れらの炭化珪素領域22,23に形成されたTiN,Z
rN,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属
窒化物製の電極26a,26bとを備えた炭化珪素半導
体装置であって、上記ゲート電極25とこのゲート電極
25に接続される電極配線27cとの間にTiN,Zr
N,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属窒
化物層26cを介在させるとともに、上記金属窒化物製
の電極26a,26bが接触する炭化珪素領域22,2
3の表層部に窒素リッチ層22a,23bが形成された
ことを特徴とする。
【0014】図1又は図7(B)に示すように、請求項
7又は請求項8に係る発明は、請求項1、請求項4又は
請求項6に係る発明において、窒素リッチ層12a,1
3a又は22a,23aが5オングストローム以上50
0オングストローム以下の厚さを有し、少なくとも1×
1019/cm3の濃度の窒素を含有する。窒素リッチ層
12a,13a又は22a,23aは20オングストロ
ーム以上500オングストローム以下の厚さを有し、少
なくとも1×1020/cm3の濃度の窒素を含有するこ
とが好ましい。
7又は請求項8に係る発明は、請求項1、請求項4又は
請求項6に係る発明において、窒素リッチ層12a,1
3a又は22a,23aが5オングストローム以上50
0オングストローム以下の厚さを有し、少なくとも1×
1019/cm3の濃度の窒素を含有する。窒素リッチ層
12a,13a又は22a,23aは20オングストロ
ーム以上500オングストローム以下の厚さを有し、少
なくとも1×1020/cm3の濃度の窒素を含有するこ
とが好ましい。
【0015】図2(A)〜(I)に示すように、請求項
9に係る発明は、p型の炭化珪素基板11上にn型のソ
ース・ドレイン炭化珪素領域12,13を形成する工程
と、このソース・ドレイン炭化珪素領域12,13間の
炭化珪素基板11上に絶縁膜14aを形成する工程と、
この絶縁膜14a上にゲート電極15を形成する工程
と、このゲート電極15及びソース・ドレイン炭化珪素
領域12,13上にTiN,ZrN,HfN,VN又は
TaNのいずれかからなる金属窒化物層16c,16
a,16bをそれぞれ形成する工程と、これらの金属窒
化物層16c,16a,16b上に電極配線17c,1
7a,17bを形成する工程とを含む炭化珪素半導体装
置の製造方法である。
9に係る発明は、p型の炭化珪素基板11上にn型のソ
ース・ドレイン炭化珪素領域12,13を形成する工程
と、このソース・ドレイン炭化珪素領域12,13間の
炭化珪素基板11上に絶縁膜14aを形成する工程と、
この絶縁膜14a上にゲート電極15を形成する工程
と、このゲート電極15及びソース・ドレイン炭化珪素
領域12,13上にTiN,ZrN,HfN,VN又は
TaNのいずれかからなる金属窒化物層16c,16
a,16bをそれぞれ形成する工程と、これらの金属窒
化物層16c,16a,16b上に電極配線17c,1
7a,17bを形成する工程とを含む炭化珪素半導体装
置の製造方法である。
【0016】請求項10に係る発明は、金属窒化物層1
6a,16bを形成するときにソース・ドレイン炭化珪
素領域12,13の表層部に窒素リッチ層12a,13
aが形成される請求項9記載の炭化珪素半導体装置の製
造方法であり、請求項11に係る発明は、金属窒化物層
16c,16a,16bの形成が窒素プラズマ雰囲気で
Ti,Zr,Hf,V又はTaのいずれかからなる金属
ターゲット或いはTiN,ZrN,HfN,VN又はT
aNのいずれかからなる金属窒化物ターゲットを用いた
スパッタリングにより行う請求項9記載の炭化珪素半導
体装置の製造方法である。
6a,16bを形成するときにソース・ドレイン炭化珪
素領域12,13の表層部に窒素リッチ層12a,13
aが形成される請求項9記載の炭化珪素半導体装置の製
造方法であり、請求項11に係る発明は、金属窒化物層
16c,16a,16bの形成が窒素プラズマ雰囲気で
Ti,Zr,Hf,V又はTaのいずれかからなる金属
ターゲット或いはTiN,ZrN,HfN,VN又はT
aNのいずれかからなる金属窒化物ターゲットを用いた
スパッタリングにより行う請求項9記載の炭化珪素半導
体装置の製造方法である。
【0017】
【作用】請求項1及び請求項10に係る発明によれば、
炭化珪素領域又は炭化珪素基板の表層部に窒素リッチ層
12a,13a又は22a,23aを形成することによ
り、この窒素がドーパントとして作用し、ソース・ドレ
イン電極16a,16b又は26a,26bのコンタク
ト抵抗を小さくすることができ、これらの電極はSiC
半導体装置にあって好適な電極として機能する。請求項
2,3に係る発明によれば、ゲート電極15,25と電
極配線17c,27cとの間に金属窒化物層16c,2
6cを介在させることにより、この金属窒化物層16
c,26cがバリアメタル層として作用し、高温熱処理
によってもゲート電極15,25と電極配線17c,2
7cとの反応を防止する。これにより、ゲート電極1
5,25に剥がれ、凹凸等の不具合が生じることはな
い。例えば高融点金属又はポリシリコンと、電極配線と
の間の反応防止層として金属窒化物層が機能する。また
この金属窒化物層はポリシリコン中にドープされた不純
物(P,B,As等)の高温処理での外部への拡散防止
層としても機能する。
炭化珪素領域又は炭化珪素基板の表層部に窒素リッチ層
12a,13a又は22a,23aを形成することによ
り、この窒素がドーパントとして作用し、ソース・ドレ
イン電極16a,16b又は26a,26bのコンタク
ト抵抗を小さくすることができ、これらの電極はSiC
半導体装置にあって好適な電極として機能する。請求項
2,3に係る発明によれば、ゲート電極15,25と電
極配線17c,27cとの間に金属窒化物層16c,2
6cを介在させることにより、この金属窒化物層16
c,26cがバリアメタル層として作用し、高温熱処理
によってもゲート電極15,25と電極配線17c,2
7cとの反応を防止する。これにより、ゲート電極1
5,25に剥がれ、凹凸等の不具合が生じることはな
い。例えば高融点金属又はポリシリコンと、電極配線と
の間の反応防止層として金属窒化物層が機能する。また
この金属窒化物層はポリシリコン中にドープされた不純
物(P,B,As等)の高温処理での外部への拡散防止
層としても機能する。
【0018】請求項4,5,6に係る発明によれば、窒
素リッチ層12a,13a又は22a,23aにより電
極16a,16b又は26a,26bのコンタクト抵抗
を小さくすることができ、かつ金属窒化物層16c,2
6cの介在によりゲート電極15,25における剥がれ
等の不具合も完全に排除することができる。請求項9に
係る発明によれば、コンタクト抵抗が小さく、かつ製造
工程中の熱処理においてSiCに対して反応を起こさず
安定な電極16a,16bを有するとともに、ゲート電
極15における剥がれ等の不具合の生じないSiC半導
体装置を少ない工程で容易に製造することができる。請
求項11に係る発明によれば、窒素リッチ層12a,1
3aの窒素含有量を高濃度にすることができる。
素リッチ層12a,13a又は22a,23aにより電
極16a,16b又は26a,26bのコンタクト抵抗
を小さくすることができ、かつ金属窒化物層16c,2
6cの介在によりゲート電極15,25における剥がれ
等の不具合も完全に排除することができる。請求項9に
係る発明によれば、コンタクト抵抗が小さく、かつ製造
工程中の熱処理においてSiCに対して反応を起こさず
安定な電極16a,16bを有するとともに、ゲート電
極15における剥がれ等の不具合の生じないSiC半導
体装置を少ない工程で容易に製造することができる。請
求項11に係る発明によれば、窒素リッチ層12a,1
3aの窒素含有量を高濃度にすることができる。
【0019】なお、スパッタリング時に窒素プラズマ雰
囲気にしておく以外に、炭化珪素基板を100〜800
℃程度、好ましくは200〜400℃の温度にしておく
と、表層部が活性化し、窒素リッチ層の窒素含有量をよ
り一層高濃度にすることができる。窒素リッチ層を形成
した後、更にスパッタリングを続けると活性化した窒素
リッチ層に金属窒化物が選択的に形成され、ソース電極
及びドレイン電極が形成される。この金属窒化物の電極
と炭化珪素との界面は金属窒化物の有するバリア性のた
めその後の雰囲気温度が900℃程度になっても損なわ
れず、かつ表層部も保全される。この結果、高温下にお
いても金属窒化物製の電極の電気特性は劣化しない。ま
たこの電極はスパッタリング後に熱処理をしない、いわ
ゆる"asdeposited"の状態でも、コンタクト抵抗は小さ
いため、スパッタリング後に特別の熱処理を要しない。
囲気にしておく以外に、炭化珪素基板を100〜800
℃程度、好ましくは200〜400℃の温度にしておく
と、表層部が活性化し、窒素リッチ層の窒素含有量をよ
り一層高濃度にすることができる。窒素リッチ層を形成
した後、更にスパッタリングを続けると活性化した窒素
リッチ層に金属窒化物が選択的に形成され、ソース電極
及びドレイン電極が形成される。この金属窒化物の電極
と炭化珪素との界面は金属窒化物の有するバリア性のた
めその後の雰囲気温度が900℃程度になっても損なわ
れず、かつ表層部も保全される。この結果、高温下にお
いても金属窒化物製の電極の電気特性は劣化しない。ま
たこの電極はスパッタリング後に熱処理をしない、いわ
ゆる"asdeposited"の状態でも、コンタクト抵抗は小さ
いため、スパッタリング後に特別の熱処理を要しない。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 <実施例1>図1及び図2に示すように、この例ではS
iC−MOSFETの炭化珪素半導体装置10について
説明する。まず図2(A)に示すように、p型のSiC
(以下、p−SiCという)基板11にイオン注入によ
るドーピングでn型のソース領域12及びn型のドレイ
ン領域13を所定の間隔をあけて形成する。このSiC
基板11を熱酸化することによりSiC基板11の表面
にSiO2からなる絶縁膜14aを形成した後、この絶
縁膜14a上にこの例ではMo膜をゲート電極15とし
て積層する。次に図2(B)に示すように化学的気相成
長(Chemical Vapor Deposition; CVD)法により絶
縁膜14a及びゲート電極15上にSiO2からなる絶
縁膜14bを形成した後、図2(C)に示すように絶縁
膜14b上に所定のパターンでフォトレジスト14cを
形成する。図2(D)に示すようにフッ酸系のエッチャ
ントによりエッチングしてフォトレジスト14cで被覆
されない絶縁膜14a及び14bを除去する。これによ
りソース・ドレイン領域12,13及びゲート電極15
が露出する。
する。 <実施例1>図1及び図2に示すように、この例ではS
iC−MOSFETの炭化珪素半導体装置10について
説明する。まず図2(A)に示すように、p型のSiC
(以下、p−SiCという)基板11にイオン注入によ
るドーピングでn型のソース領域12及びn型のドレイ
ン領域13を所定の間隔をあけて形成する。このSiC
基板11を熱酸化することによりSiC基板11の表面
にSiO2からなる絶縁膜14aを形成した後、この絶
縁膜14a上にこの例ではMo膜をゲート電極15とし
て積層する。次に図2(B)に示すように化学的気相成
長(Chemical Vapor Deposition; CVD)法により絶
縁膜14a及びゲート電極15上にSiO2からなる絶
縁膜14bを形成した後、図2(C)に示すように絶縁
膜14b上に所定のパターンでフォトレジスト14cを
形成する。図2(D)に示すようにフッ酸系のエッチャ
ントによりエッチングしてフォトレジスト14cで被覆
されない絶縁膜14a及び14bを除去する。これによ
りソース・ドレイン領域12,13及びゲート電極15
が露出する。
【0021】次いで図2(E)に示すように窒素プラズ
マ雰囲気でTiターゲットを使用したスパッタリングを
行う。ソース・ドレイン領域12,13の表層部に窒素
リッチ層12a,13aが形成され、続いて窒素リッチ
層12a,13a及びゲート電極15を含む全表面にT
iNx層16が形成される。このときのSiC基板11
の温度を200〜400℃に保持しておく。基板温度が
低いと好適なTiNx層が形成されないからである。次
に図2(F)に示すようにこのTiNx層16上にWS
ix層17を形成した後、図2(G)に示すようにWS
ix層17上に所定のパターンでフォトレジスト18を
形成する。図2(H)に示すようにフッ硝酸系のエッチ
ャントによりWSix層17のみを選択的にエッチング
し、部分的にTiNx層16を露出する。最後に残存し
たWSix層17のみをマスクした後、露出したTiNx
層16を過酸化水素水と硫酸の混合液によるウエットエ
ッチング又はフッ素系ガスによるドライエッチングで部
分的に除去し、図2(I)及び図1に示す炭化珪素半導
体装置10を得る。
マ雰囲気でTiターゲットを使用したスパッタリングを
行う。ソース・ドレイン領域12,13の表層部に窒素
リッチ層12a,13aが形成され、続いて窒素リッチ
層12a,13a及びゲート電極15を含む全表面にT
iNx層16が形成される。このときのSiC基板11
の温度を200〜400℃に保持しておく。基板温度が
低いと好適なTiNx層が形成されないからである。次
に図2(F)に示すようにこのTiNx層16上にWS
ix層17を形成した後、図2(G)に示すようにWS
ix層17上に所定のパターンでフォトレジスト18を
形成する。図2(H)に示すようにフッ硝酸系のエッチ
ャントによりWSix層17のみを選択的にエッチング
し、部分的にTiNx層16を露出する。最後に残存し
たWSix層17のみをマスクした後、露出したTiNx
層16を過酸化水素水と硫酸の混合液によるウエットエ
ッチング又はフッ素系ガスによるドライエッチングで部
分的に除去し、図2(I)及び図1に示す炭化珪素半導
体装置10を得る。
【0022】図1において、16aはTiNxからなる
ソース電極、16bはTiNxからなるドレイン電極、
16cはTiNx層である。ソース電極16a上にはW
Sixからなる電極配線17aが、ゲート電極15上に
はTiNx層16cを介してWSixからなる電極配線1
7cが、またドレイン電極16b上にはWSixからな
る電極配線17bがそれぞれ設けられる。p−SiC基
板11上には図2に示した工程に続いてこのSiC基板
11の電位を固定するためのAl電極(図示せず)が形
成される。p−SiC基板11とAl電極との間の抵抗
性コンタクトを確保するために、900℃程度の高温熱
処理を行う。この高温熱処理にあって、TiNx層16
cはMoからなるゲート電極15と電極配線17cとの
反応を抑制するバリアメタルとして機能する。
ソース電極、16bはTiNxからなるドレイン電極、
16cはTiNx層である。ソース電極16a上にはW
Sixからなる電極配線17aが、ゲート電極15上に
はTiNx層16cを介してWSixからなる電極配線1
7cが、またドレイン電極16b上にはWSixからな
る電極配線17bがそれぞれ設けられる。p−SiC基
板11上には図2に示した工程に続いてこのSiC基板
11の電位を固定するためのAl電極(図示せず)が形
成される。p−SiC基板11とAl電極との間の抵抗
性コンタクトを確保するために、900℃程度の高温熱
処理を行う。この高温熱処理にあって、TiNx層16
cはMoからなるゲート電極15と電極配線17cとの
反応を抑制するバリアメタルとして機能する。
【0023】また、ソース・ドレイン領域12,13の
表層部の窒素リッチ層12a,13aはプラズマによる
窒素のドーピングにより形成される。イオン注入で形成
するソース・ドレイン領域に比較すると、これよりかな
り浅い表層部領域、即ち表面から500オングストロー
ム以下の深さ領域に対して窒素リッチ層12a,13a
は形成される。また、このプラズマアシストの窒素ドー
ピングでは、浅い最表面層のみに対して高濃度に窒素を
ドーピングすることができる。なお、プラズマアシスト
の窒素ドーピングの代わりに窒素をイオン注入した場合
には、このような最表面層にのみ高濃度のドーピングを
行うことはできない。このため、プラズマアシストの窒
素ドーピングによればソース・ドレイン領域のシート抵
抗値をほとんど変化させることなく、良好なコンタクト
特性が得られる。
表層部の窒素リッチ層12a,13aはプラズマによる
窒素のドーピングにより形成される。イオン注入で形成
するソース・ドレイン領域に比較すると、これよりかな
り浅い表層部領域、即ち表面から500オングストロー
ム以下の深さ領域に対して窒素リッチ層12a,13a
は形成される。また、このプラズマアシストの窒素ドー
ピングでは、浅い最表面層のみに対して高濃度に窒素を
ドーピングすることができる。なお、プラズマアシスト
の窒素ドーピングの代わりに窒素をイオン注入した場合
には、このような最表面層にのみ高濃度のドーピングを
行うことはできない。このため、プラズマアシストの窒
素ドーピングによればソース・ドレイン領域のシート抵
抗値をほとんど変化させることなく、良好なコンタクト
特性が得られる。
【0024】<実施例2>実施例1のSiC基板11の
ソース領域12及びドレイン領域13にTiNxからな
るソース電極16a及びドレイン電極16bを形成する
ために次の条件で高周波(RF)スパッタリングを行っ
た。このときソース領域12及びドレイン領域13はそ
れぞれ2〜8×1018/cm3の窒素濃度であった。 ・ターゲット: Tiターゲット ・SiC基板バイアス: なし ・SiC基板温度: 300℃ ・RFパワー: 400W ・窒素分圧: 0.5Pa ・TiNx膜: 1000オングストローム <実施例3>窒素分圧を2.0Paに変えた以外、実施
例2と同一条件にてソース領域及びドレイン領域にTi
Nxからなる電極を形成するためのRFスパッタリング
を行った。
ソース領域12及びドレイン領域13にTiNxからな
るソース電極16a及びドレイン電極16bを形成する
ために次の条件で高周波(RF)スパッタリングを行っ
た。このときソース領域12及びドレイン領域13はそ
れぞれ2〜8×1018/cm3の窒素濃度であった。 ・ターゲット: Tiターゲット ・SiC基板バイアス: なし ・SiC基板温度: 300℃ ・RFパワー: 400W ・窒素分圧: 0.5Pa ・TiNx膜: 1000オングストローム <実施例3>窒素分圧を2.0Paに変えた以外、実施
例2と同一条件にてソース領域及びドレイン領域にTi
Nxからなる電極を形成するためのRFスパッタリング
を行った。
【0025】SiC基板上に厚さ1000オングストロ
ームのTiNx膜が形成された後、実施例2及び実施例
3のサンプルについてコンタクト抵抗値を測定するため
に、TiNx膜の上にWSixを5000オングストロー
ムの厚さで形成した。このWSix膜はコンタクト測定
を行う際のプローブ針でTiNx膜を損傷させないため
の保護膜である。WSix膜を形成した後、所定の電極
形成を行い、アルゴン雰囲気中400℃で1時間熱処理
した。熱処理後の2つのサンプルの室温におけるコンタ
クト抵抗値を四端子クロスブリッジケルビン法により測
定した。その結果を表1に示す。
ームのTiNx膜が形成された後、実施例2及び実施例
3のサンプルについてコンタクト抵抗値を測定するため
に、TiNx膜の上にWSixを5000オングストロー
ムの厚さで形成した。このWSix膜はコンタクト測定
を行う際のプローブ針でTiNx膜を損傷させないため
の保護膜である。WSix膜を形成した後、所定の電極
形成を行い、アルゴン雰囲気中400℃で1時間熱処理
した。熱処理後の2つのサンプルの室温におけるコンタ
クト抵抗値を四端子クロスブリッジケルビン法により測
定した。その結果を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】一方、上記条件でTiNx膜を形成した直
後の実施例2と実施例3のSiC基板を過酸化水素と硫
酸の混合液により洗浄して、TiNx膜を除去し、2次
イオン質量分析(Secondary Ion Mass Spectroscopy;
SIMS)によりSiC表面からSiC内部への窒素の
濃度分布を測定した。その結果を図3及び図4に示す。
また実施例3のサンプルについて、室温(25℃)、5
0℃、100℃、150℃、200℃、250℃、30
0℃、350℃、400℃及び450℃に順次加熱し、
それぞれの温度でコンタクト抵抗値を測定した。その結
果を図5に示す。表1から明らかなように、従来のコン
タクト抵抗値(10-4ohm・cm2)と比べて実施例
2及び実施例3のコンタクト抵抗値は1桁程度小さかっ
た。また図3及び図4から明らかなように、実施例2及
び実施例3のサンプルとも、SiC表面から200オン
グストロームの深さにわたって2×1019/cm3の高
濃度に窒素が導入されていた。特にSiC表面から5オ
ングストローム程度の深さにおいて、実施例2のサンプ
ルでは1×1021/cm3の高濃度に、また実施例3の
サンプルでは1×1020/cm3の高濃度にそれぞれ窒
素が導入されていた。更に図5から明らかなように、T
iNxからなる電極は室温から450℃に温度変化させ
てもコンタクト抵抗値は5.5×10-5 ohm・cm2
から5.0×10-5 ohm・cm2に僅かに変化するに
過ぎなかった。なお、このコンタクト抵抗値は温度に対
して可逆的な変化を示した。
後の実施例2と実施例3のSiC基板を過酸化水素と硫
酸の混合液により洗浄して、TiNx膜を除去し、2次
イオン質量分析(Secondary Ion Mass Spectroscopy;
SIMS)によりSiC表面からSiC内部への窒素の
濃度分布を測定した。その結果を図3及び図4に示す。
また実施例3のサンプルについて、室温(25℃)、5
0℃、100℃、150℃、200℃、250℃、30
0℃、350℃、400℃及び450℃に順次加熱し、
それぞれの温度でコンタクト抵抗値を測定した。その結
果を図5に示す。表1から明らかなように、従来のコン
タクト抵抗値(10-4ohm・cm2)と比べて実施例
2及び実施例3のコンタクト抵抗値は1桁程度小さかっ
た。また図3及び図4から明らかなように、実施例2及
び実施例3のサンプルとも、SiC表面から200オン
グストロームの深さにわたって2×1019/cm3の高
濃度に窒素が導入されていた。特にSiC表面から5オ
ングストローム程度の深さにおいて、実施例2のサンプ
ルでは1×1021/cm3の高濃度に、また実施例3の
サンプルでは1×1020/cm3の高濃度にそれぞれ窒
素が導入されていた。更に図5から明らかなように、T
iNxからなる電極は室温から450℃に温度変化させ
てもコンタクト抵抗値は5.5×10-5 ohm・cm2
から5.0×10-5 ohm・cm2に僅かに変化するに
過ぎなかった。なお、このコンタクト抵抗値は温度に対
して可逆的な変化を示した。
【0028】<実施例4>図6は本発明の実施例4のS
iCバイポーラトランジスタ及びその製法を示してい
る。この実施例にあっても、実施例1の場合と同様に電
極配線と電極との間にTiNx層を形成するものであ
る。また、n型のSiC(以下、n−SiCという)基
板への電極としてTiNxを用いる。TiNxの形成は実
施例1と同様に行う。またTiNx上の配線としてはW
Six等を使用する。図6(A)に示すように、このS
iCバイポーラトランジスタはSi基板、4H−SiC
(α−SiC)基板又は6H−SiC(α−SiC)基
板のいずれかの基板上に3C−SiC(β−SiC)を
ヘテロエピタキシャル成長させて作られる。なお、この
トランジスタは4H−SiC基板又は6H−SiC基板
上に4H−SiC又は6H−SiCをホモエピタキシャ
ル成長させて作製してもよい。具体的には基板上にn−
SiC、p−SiC、n−SiCの順に成長させる。そ
して図6(B)に示すように、n−SiC及びp−Si
Cの一部をフッ素系ガスを用いてドライエッチングし、
下側の2つのエピタキシャル層であるp−SiC層及び
その上のn−SiC層の上面の一部をそれぞれ露出させ
る。更に図6(C)に示すように、p−SiC層上にA
l又はAl−Si等のAlを含有した電極を形成する。
そして900℃以上の高温で熱処理を行う。ここで図6
(D)に示すように、TiNx膜を実施例1と同様のプ
ロセスにより形成する。そしてこのエッチング後のTi
Nx層上に電極配線、例えばWSix等を形成する。な
お、TiNx膜上にWSix膜を連続して形成し、これら
を同時にエッチングしてもよい。
iCバイポーラトランジスタ及びその製法を示してい
る。この実施例にあっても、実施例1の場合と同様に電
極配線と電極との間にTiNx層を形成するものであ
る。また、n型のSiC(以下、n−SiCという)基
板への電極としてTiNxを用いる。TiNxの形成は実
施例1と同様に行う。またTiNx上の配線としてはW
Six等を使用する。図6(A)に示すように、このS
iCバイポーラトランジスタはSi基板、4H−SiC
(α−SiC)基板又は6H−SiC(α−SiC)基
板のいずれかの基板上に3C−SiC(β−SiC)を
ヘテロエピタキシャル成長させて作られる。なお、この
トランジスタは4H−SiC基板又は6H−SiC基板
上に4H−SiC又は6H−SiCをホモエピタキシャ
ル成長させて作製してもよい。具体的には基板上にn−
SiC、p−SiC、n−SiCの順に成長させる。そ
して図6(B)に示すように、n−SiC及びp−Si
Cの一部をフッ素系ガスを用いてドライエッチングし、
下側の2つのエピタキシャル層であるp−SiC層及び
その上のn−SiC層の上面の一部をそれぞれ露出させ
る。更に図6(C)に示すように、p−SiC層上にA
l又はAl−Si等のAlを含有した電極を形成する。
そして900℃以上の高温で熱処理を行う。ここで図6
(D)に示すように、TiNx膜を実施例1と同様のプ
ロセスにより形成する。そしてこのエッチング後のTi
Nx層上に電極配線、例えばWSix等を形成する。な
お、TiNx膜上にWSix膜を連続して形成し、これら
を同時にエッチングしてもよい。
【0029】<実施例5>図7は本発明の実施例5のM
ESFETの炭化珪素半導体装置20の製法を示してい
る。図7(A)に示すように、実施例1と同じn型Si
C基板21上にAu、Pt又はAlのゲート電極25が
蒸着又はスパッタリングにより直接設けられる。図7
(B)に示すように、ゲート電極25の両側の炭化珪素
基板21にはn型のソース領域22及びドレイン領域2
3が形成される。実施例1と同様に窒素プラズマ雰囲気
でTiをターゲットとしてスパッタリングを行い、この
ソース・ドレイン領域22,23及びゲート電極25の
上にそれぞれTiNxからなるソース電極層26a,ド
レイン電極26b及びTiNx層26cが形成される。
このとき電極極26a,26bが接触するソース・ドレ
イン領域22,23の表層部に窒素リッチ層22a,2
3aが形成される。この例でも、SiC基板への抵抗性
コンタクト電極材としてTiNxを用いている。 <実施例6>図8は本発明の実施例6を示している。い
わゆる縦型MOSトランジスタについて本発明を適用し
た例である。ゲート電極及びソース領域に対してTiN
xを形成している例である。この縦型MOSトランジス
タは次のようにして作られる。まずn+−SiC基板3
1の表面にn−SiC層32及びp−SiC層33をこ
の順にエピタキシャル成長させて形成する。次いでこれ
らのSiC層33に窒素をイオン注入してn+−SiC
層34を形成した後、イオン注入の損傷を回復するため
にアニール処理する。次に反応性イオンエッチング(Re
active-Ion Etching; RIE)によりU字状にSiC層
を異方的にドライエッチングした後、SiO2からなる
絶縁膜35を形成する。続いてU字状部分にゲート電極
36を形成した後、ソース領域にコンタクトホールを形
成し、ソース領域とゲート電極36上に実施例1と同様
にしてTiNxからなるソース電極層37a及びTiNx
層37cを形成する。このときソース電極層37aが接
触するソース領域の表層部に窒素リッチ層38が形成さ
れる。更に続いてソース電極層37a及びTiNx層3
7c上にWSixからなる電極配線39a,39bを形
成し、最後にSiC基板31の裏面にドレイン電極40
を形成する。
ESFETの炭化珪素半導体装置20の製法を示してい
る。図7(A)に示すように、実施例1と同じn型Si
C基板21上にAu、Pt又はAlのゲート電極25が
蒸着又はスパッタリングにより直接設けられる。図7
(B)に示すように、ゲート電極25の両側の炭化珪素
基板21にはn型のソース領域22及びドレイン領域2
3が形成される。実施例1と同様に窒素プラズマ雰囲気
でTiをターゲットとしてスパッタリングを行い、この
ソース・ドレイン領域22,23及びゲート電極25の
上にそれぞれTiNxからなるソース電極層26a,ド
レイン電極26b及びTiNx層26cが形成される。
このとき電極極26a,26bが接触するソース・ドレ
イン領域22,23の表層部に窒素リッチ層22a,2
3aが形成される。この例でも、SiC基板への抵抗性
コンタクト電極材としてTiNxを用いている。 <実施例6>図8は本発明の実施例6を示している。い
わゆる縦型MOSトランジスタについて本発明を適用し
た例である。ゲート電極及びソース領域に対してTiN
xを形成している例である。この縦型MOSトランジス
タは次のようにして作られる。まずn+−SiC基板3
1の表面にn−SiC層32及びp−SiC層33をこ
の順にエピタキシャル成長させて形成する。次いでこれ
らのSiC層33に窒素をイオン注入してn+−SiC
層34を形成した後、イオン注入の損傷を回復するため
にアニール処理する。次に反応性イオンエッチング(Re
active-Ion Etching; RIE)によりU字状にSiC層
を異方的にドライエッチングした後、SiO2からなる
絶縁膜35を形成する。続いてU字状部分にゲート電極
36を形成した後、ソース領域にコンタクトホールを形
成し、ソース領域とゲート電極36上に実施例1と同様
にしてTiNxからなるソース電極層37a及びTiNx
層37cを形成する。このときソース電極層37aが接
触するソース領域の表層部に窒素リッチ層38が形成さ
れる。更に続いてソース電極層37a及びTiNx層3
7c上にWSixからなる電極配線39a,39bを形
成し、最後にSiC基板31の裏面にドレイン電極40
を形成する。
【0030】なお、上記実施例1〜6では金属窒化物と
してTiNxを例示したが、実施例1〜6においてTi
Nxの代わりにZrN,HfN,VN,TaN等の金属
窒化物を用いてもよい。
してTiNxを例示したが、実施例1〜6においてTi
Nxの代わりにZrN,HfN,VN,TaN等の金属
窒化物を用いてもよい。
【0031】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
ンタクト抵抗の小さいソース・ドレイン電極材を得るこ
とができる。また、高温熱処理による剥がれ、凹凸、孔
等の不具合が生じることがないSiC半導体装置のゲー
ト電極を形成することができる。更に、このような実用
化可能なSiC半導体装置の製造方法を提供することが
できる。
ンタクト抵抗の小さいソース・ドレイン電極材を得るこ
とができる。また、高温熱処理による剥がれ、凹凸、孔
等の不具合が生じることがないSiC半導体装置のゲー
ト電極を形成することができる。更に、このような実用
化可能なSiC半導体装置の製造方法を提供することが
できる。
【図1】本発明の実施例1に係るSiC−MOSFET
の概略構造を示す断面図である。
の概略構造を示す断面図である。
【図2】そのSiC−MOSFETの製造工程を説明す
るための断面図である。
るための断面図である。
【図3】本発明の実施例2の炭化珪素領域の表層部にお
ける窒素濃度分布図である。
ける窒素濃度分布図である。
【図4】本発明の実施例3の炭化珪素領域の表層部にお
ける窒素濃度分布図である。
ける窒素濃度分布図である。
【図5】本発明の実施例3のTiNxからなる電極のコ
ンタクト抵抗値の温度依存性を示す図である。
ンタクト抵抗値の温度依存性を示す図である。
【図6】本発明の実施例4に係るSiCバイポーラトラ
ンジスタの製造工程を説明するための断面図である。
ンジスタの製造工程を説明するための断面図である。
【図7】本発明の実施例5に係るSiC−MESFET
の製造工程を説明するための断面図である。
の製造工程を説明するための断面図である。
【図8】本発明の実施例6に係る縦型MOSトランジス
タを示す断面図である。
タを示す断面図である。
10,20 炭化珪素半導体装置 11,21 SiC(炭化珪素)基板 12,22 ソース領域(炭化珪素領域) 13,23 ドレイン領域(炭化珪素領域) 12a,13a,22a,23a 窒素リッチ層 14a,14b 絶縁膜 15,25 ゲート電極 16,16c,26c TiNx層(金属窒化物層) 16a,26a ソース電極 16b,26b ドレイン電極 17 WSix層 17a,17b,17c,27a,27b,27c 電
極配線
極配線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年6月27日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】
【課題を解決するための手段】図1又は図7(B)に示
すように、請求項1に係る発明は、n型の炭化珪素領域
12,13又はn型の炭化珪素基板21と、この炭化珪
素領域12,13又は炭化珪素基板21上に形成された
TiN,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれかか
らなる金属窒化物製の電極16a,16b又は26a,
26bとを備えた炭化珪素半導体装置であって、金属窒
化物製の電極16a,16b又は26a,26bが接触
する炭化珪素領域12,13又は炭化珪素基板21の表
層部に窒素リッチ層12a,13a又は22a,23a
が形成されたことを特徴とする。上記n型の炭化珪素基
板21又はn型の炭化珪素領域12,13を形成するた
めのp型の炭化珪素基板11としては、α−SiC又は
β−SiCのいずれを使用してもよい。
すように、請求項1に係る発明は、n型の炭化珪素領域
12,13又はn型の炭化珪素基板21と、この炭化珪
素領域12,13又は炭化珪素基板21上に形成された
TiN,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれかか
らなる金属窒化物製の電極16a,16b又は26a,
26bとを備えた炭化珪素半導体装置であって、金属窒
化物製の電極16a,16b又は26a,26bが接触
する炭化珪素領域12,13又は炭化珪素基板21の表
層部に窒素リッチ層12a,13a又は22a,23a
が形成されたことを特徴とする。上記n型の炭化珪素基
板21又はn型の炭化珪素領域12,13を形成するた
めのp型の炭化珪素基板11としては、α−SiC又は
β−SiCのいずれを使用してもよい。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】図7(B)に示すように、請求項6に係る
発明は、n型の炭化珪素基板21と、この炭化珪素基板
21上に直接設けられたAu、Pt又はAlからなるゲ
ート電極25と、この炭化珪素基板21上に形成された
n型のソース・ドレイン炭化珪素領域22,23と、こ
れらの炭化珪素領域22,23に形成されたTiN,Z
rN,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属
窒化物製の電極26a,26bとを備えた炭化珪素半導
体装置であって、上記ゲート電極25とこのゲート電極
25に接続される電極配線27cとの間にTiN,Zr
N,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属窒
化物層26cを介在させるとともに、上記金属窒化物製
の電極26a,26bが接触する炭化珪素領域22,2
3の表層部に窒素リッチ層22a,23aが形成された
ことを特徴とする。
発明は、n型の炭化珪素基板21と、この炭化珪素基板
21上に直接設けられたAu、Pt又はAlからなるゲ
ート電極25と、この炭化珪素基板21上に形成された
n型のソース・ドレイン炭化珪素領域22,23と、こ
れらの炭化珪素領域22,23に形成されたTiN,Z
rN,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属
窒化物製の電極26a,26bとを備えた炭化珪素半導
体装置であって、上記ゲート電極25とこのゲート電極
25に接続される電極配線27cとの間にTiN,Zr
N,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属窒
化物層26cを介在させるとともに、上記金属窒化物製
の電極26a,26bが接触する炭化珪素領域22,2
3の表層部に窒素リッチ層22a,23aが形成された
ことを特徴とする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78 301 B (72)発明者 富山 能省 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社中央研究所内
Claims (11)
- 【請求項1】 n型の炭化珪素領域(12,13)又はn型の
炭化珪素基板(21)と、前記炭化珪素領域(12,13)又は炭
化珪素基板(21)上に形成されたTiN,ZrN,Hf
N,VN又はTaNのいずれかからなる金属窒化物製の
電極(16a,16b又は26a,26b)とを備えた炭化珪素半導体装
置であって、 前記金属窒化物製の電極(16a,16b又は26a,26b)が接触す
る前記炭化珪素領域(12,13)又は炭化珪素基板(21)の表
層部に窒素リッチ層(12a,13a又は22a,23b)が形成された
ことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 【請求項2】 p型の炭化珪素基板(11)上に絶縁膜(14
a)を介して高融点金属又はポリシリコンからなるゲート
電極(15)を設けた炭化珪素半導体装置において、 前記ゲート電極(15)とこのゲート電極(15)に接続される
電極配線(17c)との間にTiN,ZrN,HfN,VN
又はTaNのいずれかからなる金属窒化物層(16c)を介
在させたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 【請求項3】 n型の炭化珪素基板(21)上にAu、Pt
又はAlのゲート電極(25)を直接設けた炭化珪素半導体
装置において、 前記ゲート電極(25)と前記ゲート電極(25)に接続される
電極配線(27c)との間にTiN,ZrN,HfN,VN
又はTaNのいずれかからなる金属窒化物層(26c)を介
在させたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 【請求項4】 p型の炭化珪素基板(11)と、前記炭化珪
素基板(11)上に絶縁膜(14a)を介して設けられたゲート
電極(15)と、前記炭化珪素基板(11)上に形成されたn型
のソース・ドレイン炭化珪素領域(12,13)と、前記炭化
珪素領域(12,13)上に形成されたTiN,ZrN,Hf
N,VN又はTaNのいずれかからなる金属窒化物製の
電極(16a,16b)とを備えた炭化珪素半導体装置であっ
て、 前記ゲート電極(15)と前記ゲート電極(15)に接続される
電極配線(17c)との間にTiN,ZrN,HfN,VN
又はTaNのいずれかからなる金属窒化物層(16c)を介
在させるとともに、前記金属窒化物製の電極(16a,16b)
が接触する前記炭化珪素領域(12,13)の表層部に窒素リ
ッチ層(12a,13a)が形成されたことを特徴とする炭化珪
素半導体装置。 - 【請求項5】 ゲート電極(15)が高融点金属又はポリシ
リコンからなり、前記ゲート電極(15)の両側のp型の炭
化珪素基板(11)にn型のソース・ドレイン炭化珪素領域
(12,13)が形成され、前記炭化珪素領域(12,13)上にTi
N,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれかからな
る金属窒化物製の電極(16a,16b)が形成された請求項4
記載の炭化珪素半導体装置。 - 【請求項6】 n型の炭化珪素基板(21)と、前記炭化珪
素基板(21)上に直接設けられたAu、Pt又はAlから
なるゲート電極(25)と、前記炭化珪素基板(21)に形成さ
れたn型のソース・ドレイン炭化珪素領域(22,23)と、
前記炭化珪素領域(22,23)上に形成されたTiN,Zr
N,HfN,VN又はTaNのいずれかからなる金属窒
化物製の電極(26a,26b)とを備えた炭化珪素半導体装置
であって、 前記ゲート電極(25)と前記ゲート電極(25)に接続される
電極配線(27c)との間にTiN,ZrN,HfN,VN
又はTaNのいずれかからなる金属窒化物層(26c)を介
在させるとともに、前記金属窒化物製の電極(26a,26b)
が接触する前記炭化珪素領域(22,23)の表層部に窒素リ
ッチ層(22a,23a)が形成されたことを特徴とする炭化珪
素半導体装置。 - 【請求項7】 金属窒化物製の電極(16a,16b又は26a,26
b)が接触する炭化珪素領域(12,13又は22,23)又は炭化珪
素基板(21)の表層部に形成された窒素リッチ層(12a,13a
又は22a,23a)が少なくとも5オングストロームの厚さを
有し、少なくとも1×1019/cm3の濃度の窒素を含
有する請求項1、請求項4又は請求項6いずれか記載の
炭化珪素半導体装置。 - 【請求項8】 金属窒化物製の電極(16a,16b又は26a,26
b)が接触する炭化珪素領域(12,13又は22,23)又は炭化珪
素基板(21)の表層部に形成された窒素リッチ層(12a,13a
又は22a,23a)が少なくとも20オングストロームの厚さ
を有し、少なくとも1×1020/cm3の濃度の窒素を
含有する請求項7記載の炭化珪素半導体装置。 - 【請求項9】 p型の炭化珪素基板(11)にn型のソース
・ドレイン炭化珪素領域(12,13)を形成する工程と、 前記ソース・ドレイン炭化珪素領域(12,13)間の炭化珪
素基板(11)上に絶縁膜(14a)を形成する工程と、 前記絶縁膜(14a)上にゲート電極(15)を形成する工程
と、 前記ゲート電極(15)及びソース・ドレイン炭化珪素領域
(12,13)上にTiN,ZrN,HfN,VN又はTaN
のいずれかからなる金属窒化物層(16c,16a,16b)をそれ
ぞれ形成する工程と、 前記金属窒化物層(16c,16a,16b)上に電極配線(17c,17a,
17b)を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素
半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 金属窒化物層(16a,16b)を形成すると
きにソース・ドレイン炭化珪素領域(12,13)の表層部に
窒素リッチ層(12a,13a)を形成する請求項9記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 窒素プラズマ雰囲気でTi,Zr,H
f,V又はTaのいずれかからなる金属ターゲット或い
はTiN,ZrN,HfN,VN又はTaNのいずれか
からなる金属窒化物ターゲットを用いたスパッタリング
により金属窒化物層(16c,16a,16b)を形成する請求項9
記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP12153095A JPH0864802A (ja) | 1994-06-07 | 1995-05-19 | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6-150425 | 1994-06-07 | ||
JP15042594 | 1994-06-07 | ||
JP12153095A JPH0864802A (ja) | 1994-06-07 | 1995-05-19 | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0864802A true JPH0864802A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=26458878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12153095A Withdrawn JPH0864802A (ja) | 1994-06-07 | 1995-05-19 | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH0864802A (ja) |
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