(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ基板上に直接接触するクロム、モリブデン、タングステン乃至それらの合金の内から選択された金属と炭素とを化合してなる金属炭化物層と、該金属炭化物層に直接接触させて積層した前記選択された金属と同一の金属からなる金属層より構成されたことを特徴とするショットキー接合型半導体デバイス。
【請求項２】
ＳｉＣ基板上に直接接触するモリブデン炭化物層と、該モリブデン炭化物層に直接接触させて積層した前記モリブデン金属層より構成されたことを特徴とするショットキー接合型半導体デバイス。
【請求項３】
前記半導体デバイスがショットキーダイオードであることを特徴とする請求項１又は２記載のショットキー接合型半導体デバイス。
【請求項４】
前記半導体デバイスがＭＥＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１又は２記載のショットキー接合型半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高温環境下でも安定して信頼性を持って動作可能であるなどの利点を有するＳｉＣ半導体装置の電極構造に関する物である。
【０００２】
【従来の技術】
現在一般に、半導体材料としてはＳｉやＧａＡｓ等が用いられているが、Ｓｉは禁制帯幅が１．１ｅＶしかなく、高温での動作が困難である。ＧａＡｓは禁制帯幅が広い材料であるので高温でも動作可能であるが、熱伝導がＳｉの３分の１しかないので大出力での使用には耐えられない。また、ＧａＡｓは有毒である砒素を５０％も含んでいる。一方、ＳｉＣは、Ｓｉに比べて禁制帯幅が約３倍、熱伝導度も約３倍、臨界電界強度が約７倍、飽和電子ドリフト速度が約２倍、と優れた物性を持ち、しかも有毒な元素を含まない。半導体デバイスにとって重要な伝導型も、ｐ型、ｎ型共に可能であり、ＳｉＣ自身も１５００℃以上まで安定した物質であるので、５００℃程度の高温でも電子デバイスとして動作が可能である。
【０００３】
ＳｉＣ材料そのものは安定であるが、高温デバイスとして実用に耐える信頼性を持たせるには、ＳｉＣのみでなく、周辺の電極材料や絶縁材料が安定であり、かつそれらとＳｉＣ間界面における反応が生じ難く、デバイス特性が変化しないことが必要とされる。
これまでに、ＳｉＣへのショットキー接合電極材料としてはＴｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌやそれらの合金が知られている（特開平８−１３９０５１号、特開２０００−１６４５２８号）。しかし、いずれもショットキー電極材料としてこれらの金属を使用した場合、高温使用に伴う電極／ＳｉＣ間の反応が速く進行し、漏れ電流が大きくなってしまうなどデバイス特性が使用と共に劣化してしまう問題があり、特に熱処理後のデバイス特性が変化し信頼性に問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は高温で長時間使用してもデバイス特性の変動を小さく抑える電極材料を与える物である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題の解決のため、まず、（１）ＳｉＣに直接接触するショットキー電極として安定かつ反応の非常に遅い材料を用いた。更に、（２）仮にショットキー電極が反応しても特性に影響が生じ難いようにショットキー電極上にさらに補償電極を積層した。ショットキー電極としてクロム、モリブデン、タングステン乃至それらの合金から選択された金属の炭化物層を形成し、更にその上にクロム、モリブデン、タングステン乃至それらの合金から選択された金属の補償層を形成することで、デバイス特性の変動を小さく抑えることを特徴とする構成を有している。
また、実際のデバイスでは、リードフレームへ半田接合する場合にはＭｏの上にＮｉを、ワイヤ接合する場合にはＡｌをそれぞれ積層する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示す断面図で、クロム、モリブデン、タングステン乃至それらの合金から選択された金属としてモリブデンを用いた例であり、１はｎ型ＳｉＣ基板、２はＳｉＣエピタクシャル層、３は絶縁層、４はモリブデン炭化物ショットキー電極、５はＭｏ補償層、６は裏面オーミック電極、である。この構造は、まず、モリブデン炭化物層４をＳｉＣエピタクシャル層２の表面に堆積する。堆積方法は、モリブデン炭化物を直接スパッタリング法によりＳｉＣ上に積層する。モリブデン炭化物は、最小共晶点（融点に相当）が１２２０℃と高いので、ＳｉＣデバイスの動作温度である５００℃程度までは充分に安定である。さらに、モリブデン炭化物の上にＭｏ補償層５を、やはりスパッタリング法により積層する。
【０００７】
Ｍｏとモリブデン炭化物とは熱力学的に考えて反応しない。モリブデン炭化物層を介してＳｉＣとＭｏとが反応する速度は、中間に存在するモリブデン炭化物のため非常に遅く、仮に反応してもモリブデン炭化物を優先的に形成する。モリブデン炭化物が生成した結果余ったシリコンは、Ｍｏ中の固溶度が大きいので珪化物を形成し難い。結果として、熱が加わってもモリブデン炭化物層はＳｉＣ表面にショットキー電極として安定に存在する。
【０００８】
図２は従来例と比較した本発明実施例のショットキーダイオードについて、９００℃での熱処理前後で測定した電圧−電流特性図で特性（イ）（イ’）に示すように本発明では、熱処理前後で特性にほとんど差のないことが明らかである。一方従来例では特性（ロ）（ロ’）に示すように特性が大きく変化している。
【０００９】
因みに表１は図４に示した本発明の一実施例のショットキー障壁型整流素子について、熱処理前後での特性値を示す。本発明の実施により、高温で動作しても特性変動がないことを示している。
表１
試料          ＶＦ＠１００Ａｃｍ−２  φＢｎ      ｎ
熱処理前            1.55V            1.23eV      1.03
熱処理後            1.53V            1.17eV      1.02
【００１０】
次に図３は、図２に示した本発明の一実施例のショットキー障壁型整流素子において、熱処理後に存在する相をX線回折で調べた結果を示す。X線回折図形にはモリブデン炭化物とＭｏによる回折ピークのみ検出されており、モリブデン珪化物によるピークは検出されていない。デバイス動作温度５００℃に比べると遥かに高温な９００℃においても本発明による電極は安定に存在することが明らかである。
【００１１】
図４は、本発明の一実施例のショットキー障壁型整流素子について、オージェ電子分光法により深さ方向の元素分布を調べた結果である。熱処理前（ａ）にはＳｉＣ基板上にまずモリブデン炭化物層が存在し、その上にＭｏ補償層が存在している。熱処理後（ｂ）も同様の積層構造を有しているが、モリブデン炭化物層は厚く成長しており、本発明の作用で述べた機構通りに電極は安定に存在することが明らかである。
【００１２】
以上本発明をショットキーダイオードに適用した例について説明したが、この他ＭＥＳＦＥＴのゲート電極として適用できる。
【００１３】
本発明の実施例としてモリブデン炭化物層とモリブデン補償層を適用した例を示したが、タングステン炭化物層とモリブデン補償層、モリブデン炭化物層とクロム補償層、クロム炭化物層とタングステン補償層、タングステン炭化物層とモリブデン−クロム合金補償層、タングステン−モリブデン合金の炭化物層とクロム−タングステン合金補償層、などの組合せでも適用できる。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば高温環境下で特性劣化の無い安定した動作の可能な信頼性の高い半導体デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す断面図。
【図２】  従来例と比較した本発明実施例の電圧−電流特性図。
【図３】  本発明の実施例における熱処理後のX線回折図形。
【図４】  本発明の実施例におけるオージェ電子分光法により求めた深さ方向の元素分布図。
【符号の説明】
１    ｎ型ＳｉＣ半導体基板
２    エピタクシャルＳｉＣ層
３    絶縁層
４    クロム、モリブデン、タングステン乃至それらの合金から選択された金属の炭化物層によるショットキー電極
５    クロム、モリブデン、タングステン乃至それらの合金から選択された金属による補償層
６    オーミック電極
７    Ｎｉ
８    半田
９    Ａｌ
１０  Ａｌワイヤ
【図１】
0003665548.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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