(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の電極形成面に、単原子の金属イオンを注入するイオン注入工程と、
金属イオンが注入された半導体基板の電極形成面にレーザを照射するレーザアニール処理を行って、半導体基板にシリサイド層を形成するアニール工程と、
アニール工程の後に、半導体基板の電極形成面に電極を形成する電極形成工程とを備え、
イオン注入工程とアニール工程の間に、半導体基板の電極形成面に金属膜を形成する工程を有さない、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
イオン注入工程では、Ｔｉ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏからなる群から選ばれる少なくとも１以上の単原子の金属イオンを注入する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板と電極をオーミック接合させるために、半導体基板の電極形成面に表面処理を行う技術が開発されている。特許文献１では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体基板の電極形成面に、電極となる金属膜を形成し、この金属膜にレーザ光を照射することによって、金属膜と半導体基板との間にシリサイド層を形成することが記載されている。また、特許文献２では、半導体基板の電極形成面に複数の金属原子から構成される金属クラスタイオンを照射し、半導体基板の電極形成面にシリサイド層を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９１１００号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、レーザ光を金属膜に照射すると、金属膜から金属成分が飛散し、均質なシリサイド層を得ることができない。特許文献２のように、金属クラスタイオンを照射する方法は、金属クラスタによって半導体基板の処理面をスパッタし、処理面上に金属薄膜を形成する方法であるため、処理面である電極形成面にダメージを与える。また、金属クラスタは半導体基板の深さ方向に入り込むことがなく、半導体基板の電極形成面上に金属薄膜を形成する。成膜された金属薄膜の表面は酸化し易く、その表面に電極を形成することになるため、電極と半導体基板を確実にオーミック接合させることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板の電極形成面に、単原子の金属イオンを注入するイオン注入工程と、金属イオンが注入された半導体基板をアニール処理して半導体基板にシリサイド層を形成するアニール工程と、アニール工程の後に半導体基板の電極形成面に電極を形成する電極形成工程とを備えている。
【０００６】
上記の製造方法によれば、半導体基板の電極形成面に単原子の金属イオンを注入し、アニール処理することにより、電極形成面から半導体基板の深さ方向に延びるシリサイド層が形成される。半導体基板のシリサイド層と電極が接合されるため、オーミック接合が確実に実現される。また、金属膜にレーザ光を照射する必要がないため、金属成分が飛散してシリサイド層が不均質化することを防ぐことができる。また、イオン注入に用いた金属イオンの薄膜が電極形成面上に形成されることがないため、電極と半導体基板とのオーミック接合を妨げることがない。
【０００７】
アニール工程では、半導体基板にレーザを照射するレーザアニール処理を行ってもよい。また、イオン注入工程では、Ｔｉ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏからなる群から選ばれる少なくとも１以上の単原子の金属イオンを注入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１において製造する半導体装置の断面図である。
【図２】実施例１にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３】実施例１にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４】実施例１にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】実施例１にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】実施例１にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】実施例１にかかる半導体装置の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板の電極形成面に、単原子の金属イオンを注入するイオン注入工程と、金属イオンが注入された半導体基板をアニール処理して半導体基板にシリサイド層を形成するアニール工程と、アニール工程の後に半導体基板の電極形成面に電極を形成する電極形成工程とを備えている。
【００１０】
半導体基板の電極形成面は、半導体基板の表面側であってもよく、裏面側であってもよい。イオン注入工程では、シリコンと化合物を形成してシリサイド化する金属のイオンが注入される。シリコンと化合物を形成してシリサイド化する金属のイオンとしては、特に限定されないが、例えば、Ｔｉイオン（例えば、Ｔｉ４＋，Ｔｉ３＋，Ｔｉ２＋），Ｗイオン（例えば、Ｗ６＋，Ｗ４＋），Ｎｉイオン（例えば、Ｎｉ２＋，Ｎｉ３＋），Ｃｏイオン（例えば、Ｃｏ２＋，Ｃｏ３＋），Ｍｏイオン（例えば、Ｍｏ３＋）を挙げることができる。イオン注入工程では、１種類の金属イオンを照射してもよいし、数種類の金属イオンを照射してもよい。金属イオンを照射する回数は１回でも複数回でもよい。半導体装置の素子構造が形成された後にアニール工程を行う場合には、既に形成された素子構造が熱によって損傷を受けることを防ぐため、レーザアニール処理等の半導体基板を局所的にアニール処理することができる方法を用いることが好ましい。
【実施例１】
【００１１】
（半導体装置）
実施例１では、図１に示す半導体装置１０の製造方法を例示して説明する。半導体装置１０は、ダイオードとＩＧＢＴが同一基板上に形成されたＲＣ−ＩＧＢＴである。
【００１２】
半導体装置１０は、半導体基板１００と、半導体基板１００の表面側に形成された絶縁ゲート１３７および表面絶縁膜１２８，１３８と、半導体基板１００の表面に接する表面電極１０１，１０２と、半導体基板１００の裏面に接する裏面電極１０３とを備えている。半導体基板１００は、ダイオード領域１１と、ＩＧＢＴ領域１３とを備えている。表面電極１０１は、ダイオード領域１１の表面に形成されており、表面電極１０２は、ＩＧＢＴ領域１３の表面に形成されている。
【００１３】
半導体基板１００は、ｎ＋型のカソード層１１１およびｐ＋型のコレクタ層１３１と、ｎ型のバッファ層１１２と、ｎ型のドリフト層１１３と、ｐ型のダイオードボディ層１１４およびＩＧＢＴボディ層１３４と、ｐ＋型のアノード層１１５と、ｐ＋型のボディコンタクト層１３５と、ｎ＋型のエミッタ層１３６とを備えている。カソード層１１１の裏面側には、半導体基板１００の裏面から深さ方向に延びるシリサイド層１１０が形成されている。ＩＧＢＴ領域１３では、半導体基板１００の表面側からＩＧＢＴボディ層１３４を貫通し、ドリフト層１１３に達する絶縁ゲート１３７が形成されている。カソード層１１１とコレクタ層１３１との境界に対して半導体基板の表面側に、ｐ型の分離層１２８が形成されている。
【００１４】
裏面電極１０３の材料はＡｌ−Ｓｉであり、シリサイド層１１０は、ＴｉとＳｉとのシリサイド層である。Ａｌ−Ｓｉを材料とする電極と、ｎ型の半導体層を直接接合すると、オーミック接合とすることが困難である。半導体装置１０では、裏面電極１０３はシリサイド層１１０を介してカソード層１１１と接続されているため、良好なオーミック接合を確保することができる。シリサイド層１１０は、半導体基板１００内に形成された層であるから、シリサイド層１１０が剥離することはなく、機械的にも良好な接合を維持することができる。
【００１５】
（半導体装置の製造方法）
実施例１に係る半導体装置１０の製造方法は、イオン注入工程と、アニール工程と、電極形成工程とを含んでいる。半導体装置１０の表面側の素子構造の形成方法は、従来公知の方法と同様であるため、説明を省略する。
【００１６】
（不純物イオン注入工程）
まず、ｎ型の半導体基板の表面側に、エミッタ層１３６等の半導体装置１０の表面側の素子構造を形成する。次に、半導体装置１０の裏面電極１０３を形成する面側（裏面側）から、リン（Ｐ）等のｎ型の不純物イオンを注入し、半導体基板の裏面全体にバッファ層１１２となるｎ層５１２を形成する。次に、半導体基板にボロン（Ｂ）等のｐ型の不純物イオンを注入し、半導体基板の裏面全体にコレクタ層１３１となるｐ層５３１を形成する。これによって、図２に示す半導体基板５００が得られる。
【００１７】
次に、図３に示すように、半導体基板５００のうち、ＩＧＢＴ領域１３に含まれる部分の裏面にレジスト６０１を形成し、ｎ型の不純物イオンを注入する。これによって、ダイオード領域１１に含まれる部分のｐ層５３１にｎ型の不純物イオンが注入され、カソード層１１１となるｎ層５１１を形成する。ｎ型の不純物イオンは、ｐ層５３１の比較的深い位置に注入される。
【００１８】
（金属イオン注入工程）
金属イオン注入工程では、図４に示すように、半導体基板５００の電極形成面に、単原子のＴｉイオン（例えば、Ｔｉ４＋，Ｔｉ３＋，Ｔｉ２＋）を注入する。Ｔｉイオンは、ｐ層５３１に注入されたｎ型の不純物イオンの注入位置よりも、半導体基板５００の裏面に近い側に注入される。これによって、ｎ層５１１の裏面側であって、半導体基板５００の裏面から深さ方向に延びる領域にＴｉ注入層５１０を形成する。Ｔｉ注入層５１０は、シリサイド層１１０となる層である。
【００１９】
（アニール工程）
次に、アニール工程を行う。アニール工程では、Ｔｉイオンが注入された半導体基板５００に裏面側からレーザを照射し、レーザアニール処理を行う。図５は、不純物イオン注入工程および金属イオン注入工程においてイオン注入を行い、さらにレジスト６０１を除去した後の半導体基板５００を示している。図５に示す半導体基板５００の裏面近傍の領域を、レーザアニール処理によって局所的にアニール処理する。これによって、図６に示すように、半導体基板５００に注入された不純物イオンが活性化する。また、Ｔｉ注入層５１０がチタンシリサイド層となる。Ｔｉイオンは、半導体基板５００の裏面ではなく、内部に注入されているから、レーザを照射することによってＴｉイオンが飛散しない。このため、均質なシリサイド層５１０を形成することができる。
【００２０】
（電極形成工程）
次に、電極形成工程を行う。図７に示すように、電極形成工程では、半導体基板５００の裏面に接するＡｌ−Ｓｉ膜５０３を形成する。金属膜５０３は、裏面電極１０３となる。シリサイド層５１０は、半導体基板５００の表面ではなく内部に形成されているから、電極形成工程の前までに半導体基板５００の表面にオーミック接合を阻害する金属酸化膜が形成されることがない。
【００２１】
上記のとおり、本実施例の製造方法によれば、半導体基板の電極形成面（裏面）に単原子の金属イオン（Ｔｉイオン）を注入し、アニール処理することにより、電極形成面から半導体基板の深さ方向に延びるシリサイド層（１１０）が形成される。半導体基板のシリサイド層と裏面電極とが接合されるため、オーミック接合が確実に実現される。なお、イオン注入工程では、特に限定されないが、Ｔｉに代えて、Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等の単原子イオンを好適に用いることができる。Ｔｉ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏを単原子イオンとして用いると、良好なシリサイド層が形成され、裏面電極との接合がより好ましいものとなる。
【００２２】
また、本実施例の製造方法では、注入する金属イオンは、単原子イオンであるため、Ｔｉ等の注入した金属が金属膜として半導体基板の裏面に形成されることがない。イオン注入工程後に、局所的なレーザアニール処理を行っても、半導体基板の裏面に形成される金属膜にレーザ光を照射する必要がないため、金属膜の金属成分が飛散してシリサイド層が不均質化することを防ぐことができる。また、イオン注入に用いた金属イオンの薄膜が電極形成面上に形成されることがないため、電極と半導体基板とのオーミック接合を妨げることがない。
【００２３】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００２４】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
１０   半導体装置
１１   ダイオード領域
１３   ＩＧＢＴ領域
１００，５００       半導体基板
１０１，１０２       表面電極
１０３ 裏面電極
１１０ シリサイド層
１１１ カソード層
１１２ バッファ層
１１３ ドリフト層
１１４ ダイオードボディ層
１１５ アノード層
１３１ コレクタ層
１３４ ＩＧＢＴボディ層
１３５ ボディコンタクト層
１３６ エミッタ層
１３７ 絶縁ゲート
１３８ 表面絶縁膜
５０３ 金属膜
５１０ Ｔｉ注入層
５１１，５１２       ｎ層
５３１ ｐ層
６０１ レジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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