(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ基板上にオーミック電極を形成する工程を含むＳｉＣ半導体素子の製造方法において、
上記ＳｉＣ基板上に高濃度ドープ層を形成すること、及び
上記ＳｉＣ基板よりも欠陥密度の高いゲッタリング層を、該高濃度ドープ層の表面に、且つ該ＳｉＣ基板の表面に並行して、形成した後に、該ゲッタリング層よりも該基板の外寄りに上記オーミック電極を形成すること、
を含み、
該高濃度ドープ層は、ｎ＋層またはｐ＋層であり、
該オーミック電極は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、またはＦｅである、
ＳｉＣ半導体素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記ＳｉＣ基板上に更にＳｉＣエピタキシャル層を形成し、該ＳｉＣエピタキシャル層上に上記オーミック電極を形成することを特徴とするＳｉＣ半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、上記オーミック電極をＮｉにより形成することを特徴とするＳｉＣ半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ半導体素子の製造方法に関し、より詳しくは、オーミック電極形成する際に電極金属がＳｉＣ単結晶基板内に拡散するのを防止してＳｉＣ半導体素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｓｉ等の半導体結晶中では、金属不純物による素子特性の低下を防止するために、イオン注入法、レーザ照射、異質材料皮膜の形成などによって歪領域を形成し、不純物のゲッタリングサイトを形成することが行なわれている。
【０００３】
これに対してＳｉＣ結晶の場合は、不純物の拡散係数が極めて小さいため、Ｓｉ結晶で通常用いられるような熱処理温度（最高で１２００℃程度）では熱拡散は実質的に起きないと考えられてきた（非特許文献１）。そのため、ＳｉＣでのゲッタリング技術はほとんど考慮されてこなかった。
【０００４】
ＳｉＣ半導体素子にオーミック電極を形成する際、ＳｉＣ基板表面にｎ＋層を形成し、その上に蒸着やスパッタリングなどにより電極用の金属膜を形成した後、合金化のための熱処理（８００〜１０００℃程度）を行なう必要がある。この熱処理は、電極のオーミックコンタクト条件（φｍ＜φｓ：φｍ＝金属の仕事関数、φｓ＝半導体の仕事関数）を達成するために、ＳｉＣ表面を合金化しφｓを下げるために行なう。またショトキーコンタクトの障壁高さの調整のために行なうことがある。
【０００５】
すなわち、電極金属とＳｉＣとの反応層（合金化層）を形成することが必須であるが、本発明者は、この反応層の形成を介して電極金属がＳｉＣ結晶中に拡散し侵入することを新規に発見した。金属、特に遷移金属、中でも原子番号の大きいＮｉなどはＳｉＣ結晶中を自由に拡散する。特にオーミック電極形成のための高ドーピング層をエピタキシャル成長により形成した場合は、結晶中に取り込まれた電極金属の拡散を妨げるものがなく、自由に拡散してしまうという問題を新規に見出した。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Yu. A. Vodakov and E. N. Mokhov, "Silicon Carbide" 1973 (Univ. South Carolina Press, Columbia, 1974, p. 508)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電極金属がＳｉＣ単結晶基板内に拡散するのを防止してオーミック電極を形成することができるＳｉＣ半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、ＳｉＣ基板上にオーミック電極を形成する工程を含むＳｉＣ半導体素子の製造方法において、
上記ＳｉＣ基板にそれよりも欠陥密度の高いゲッタリング層を基板面に並行して形成した後に、該ゲッタリング層よりも該基板の外寄りに上記オーミック電極を形成することを特徴とするＳｉＣ半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＳｉＣ基板にそれよりも欠陥密度の高いゲッタリング層を基板面に並行して形成した後に、該ゲッタリング層よりも該基板の外寄りに上記オーミック電極を形成するので、オーミック電極から電極金属が拡散してもゲッタリング層によって補足・固定され、さらにＳｉＣ基板内へ拡散が進行することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、（Ａ）従来法と（Ｂ）本発明法の処理工程における、ＳｉＣ基板の断面図を示す。
【図２】図２は、（１）ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル層を形成し、その上に高濃度ドープ層、更にオーミック電極を形成する場合の断面図、および、（２）ＳｉＣ半導体基板上にＳｉＣエピタキシャル層を形成し、その上にショトキー電極を形成し、基板Ｓの裏面にオーミック電極Ｅを設けた構造の断面図である。
【図３】図３は、従来法により、ＳｉＣ単結晶基板上のエピタキシャル成長層の表面にＮｉを８０ｎｍ蒸着し、１０００℃×３０分の熱処理を行なった場合のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。
【図４】図４は、従来法により、ｎ型の導電性ＳｉＣ単結晶基板の表面にＮｉを８０ｎｍ蒸着し、１０００℃×３０分の熱処理を行なった場合のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。
【図５】図５は、本発明法により、ＳｉＣ単結晶基板のエピタキシャル成長層にＨ＋を注入（エネルギー３５０ｋｅＶ、注入ドーズ量１．９×１０１５ｃｍ−２）して意図的に欠陥を導入した後、表面にＮｉを８０ｎｍ蒸着し、１０００℃×３０分の熱処理を行なった場合のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。
【図６】図６は、本発明法により、ＳｉＣ単結晶基板のエピタキシャル成長層に模擬としてＮｉをイオン注入（密度１×１０１７ｃｍ−３、深さ４００ｎｍ）した後、Ｈｅイオンを注入（エネルギー３５０ｋｅＶ、注入ドーズ量１．６×１０１６ｃｍ−２）して意図的に欠陥を導入した後、１７８０℃×３０分の熱処理を行なった場合のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。
【図７】図７は、Ｎｉに代えて、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅについて図６と同様の実験を行なった場合のＴｉ密度、Ｃｒ密度、Ｆｅ密度のプロファイルを、Ｎｉ密度のプロファイルと併置して示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照し、従来の方法と対比して、本発明の典型的な形態を説明する。図１は、（Ａ）従来法と（Ｂ）本発明法の処理工程における、ＳｉＣ基板の断面図を示す。
【００１２】
従来法（Ａ）においては、（１）ＳｉＣ基板Ｓ上に、（２）不純物の高濃度ドープ層Ｄ（ｎ＋層あるいはｐ＋層）を形成し、その上に（３）電極金属Ｅを蒸着等により堆積して形成し、次いで合金化のための熱処理（８００〜１０００℃程度）を行う。この熱処理中に、電極金属Ｅが高濃度ドープ層Ｄ内へ拡散し、更には基板Ｓにまで拡散する。
【００１３】
これに対して本発明法（Ｂ）においては、（１）ＳｉＣ基板Ｓ上に、（２）不純物の高濃度ドープ層Ｄを形成するところまでは従来法と同様であるが、しかし、その上にオーミック電極Ｅを形成する際に、次のようにする。すなわち、まず（３）高濃度ドープ層Ｄの表面からそれよりも欠陥濃度の高いゲッタリング層Ｇを基板面（表面Ｕまたは裏面Ｒ）に並行して形成し、（４）このゲッタリング層Ｇ上に（すなわちゲッタリング層Ｇより基板Ｓの外寄りに）オーミック電極用の電極金属層Ｅを形成し、合金化のための熱処理を行なう。熱処理の際、電極金属の拡散は、ゲッタリング層で阻止される。
【００１４】
図２（１）に示すように、ＳｉＣ基板Ｓ上にＳｉＣエピタキシャル層Ｐを形成し、このエピタキシャル層Ｐ上に高濃度ドープ層Ｄ、更にオーミック電極Ｅを形成する場合に、ゲッタリング効果は特に大きい。ＳｉＣ基板Ｓに比べてＳｉＣエピタキシャル層Ｐ中の拡散係数が大きいからである。
【００１５】
ゲッタリング層Ｇの形成は、イオン注入により行なうことができる。注入するイオン種は、希ガス、ドーパント不純物（ｎ＋領域にはＶ族元素、ｐ＋領域にはIV族元素）、Ｓｉ、Ｃ等、注入部の導電型に影響が少ないイオン種が望ましい。ドーパント不純物を用いる場合は、オーミック電極を形成するための高濃度ドープ層の中に更に高濃度にドープしてゲッタリング層とする。
【００１６】
本発明の特徴は、ゲッタリング層の形成を、オーミック電極の形成前に行うことである。オーミック電極形成は、電極金属の堆積と、その後の合金化のための熱処理を行なうが、ゲッタリング層の存在によって、熱処理中の電極金属がＳｉＣ基板内部へ拡散するのを防止できる。ＳｉＣ基板内部への電極金属の拡散を防止する観点からは、結晶性回復のためアニール処理等の熱処理も電極金属層の形成前に行うことが望ましい。
【００１７】
本発明のゲッタリング層の拡散阻止効果は、電極金属としてＮｉを用いた場合に最も顕著である。ＳｉＣ単結晶中のＮｉの拡散係数が大きいからである。
【００１８】
図２（２）に、本発明の方法を適用した他の形態の一例を示す。図示した構造は、ＳｉＣ半導体基板Ｓ上にＳｉＣエピタキシャル層Ｐを形成し、その上にショトキー電極Ｃを形成し、基板Ｓの裏面にオーミック電極Ｅを設けた構造である。オーミック電極Ｅを形成するに際し、基板Ｓを上下反転させ、基板Ｓの裏面Ｒからイオン注入によりゲッタリング層Ｇを基板面に並行して形成し、裏面Ｒ上に（すなわちゲッタリング層Ｇより基板Ｓの外寄りに）オーミック電極Ｅを形成する。これにより、オーミック電極Ｅを合金化するための熱処理の際に、電極Ｅの金属が拡散してもゲッタリング層に補足・固定され、それより内部のＳｉＣ基板Ｓ内には拡散しない。
【００１９】
更に、本発明の方法を適用できる他の形態として、バイポーラ型トランジスタ（ＢＪＴ）や接合型トランジスタ（ＪＦＥＴ）の製造において、オーミック電極を形成する際に、電極直下の領域に高濃度ドープ層にゲッタリング層を形成することにより、オーミック電極の金属が基板の素子領域内に拡散することを防止できる。通常これらの素子では、エピタキシャル層により高濃度ドープ層を形成し、ドーパント元素のイオン注入を行なうことが少ないので、ゲッタリング層を形成するための注入元素はドーパント元素との重複を考慮せずに選定できる。
【実施例】
【００２０】
以下の実験により、本発明の効果を確認した。
〔比較例１〕
従来法により、ＳｉＣ単結晶基板上のエピタキシャル成長層の表面にＮｉを８０ｎｍ蒸着し、１０００℃×３０分の熱処理を行なった。
【００２１】
図３に、熱処理後のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。図示したように、エピタキシャル層の内部ではＮｉが検出されていない。これは、エピタキシャル層のＳｉＣ単結晶中に取り込まれたＮｉが直ちに結晶中に拡散して分散し、希釈されたためである。
〔比較例２〕
従来法により、ｎ型の導電性ＳｉＣ単結晶基板の表面にＮｉを８０ｎｍ蒸着し、１０００℃×３０分の熱処理を行なった。
【００２２】
図４に、熱処理後のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。図示したように、比較例１のエピタキシャル層内の拡散に比較して、ＳｉＣ基板自体は拡散係数が小さいため、表面よりＮｉが捕獲されながら基板内部に拡散していることが分かる。基板が薄く、熱処理時間が長い場合には、この拡散Ｎｉが基板の裏面にある素子領域にまで達する虞がある。
〔実施例１〕
本発明法により、ＳｉＣ単結晶基板のエピタキシャル成長層にＨ＋を注入（エネルギー３５０ｋｅＶ、注入ドーズ量１．９×１０１５ｃｍ−２）して意図的に欠陥を導入した後、表面にＮｉを８０ｎｍ蒸着し、１０００℃×３０分の熱処理を行なった。
【００２３】
図５に、熱処理後のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。図示したように、エピタキシャル層の内部でＮｉがゲッタリング（補足・固定）されており、拡散が抑制されていることが分かる。ただし、欠陥の導入量が十分ではなかったため、Ｎｉの拡散を完全には抑止できていない。
〔実施例２〕
本発明法により、ＳｉＣ単結晶基板のエピタキシャル成長層にＮｉをイオン注入（密度１×１０１７ｃｍ−３、深さ４００ｎｍ）した試料に、Ｈｅイオンを注入（エネルギー３５０ｋｅＶ、注入ドーズ量１．６×１０１６ｃｍ−２）して意図的に欠陥を導入した後、１７８０℃×３０分の熱処理を行なった。
【００２４】
図６に、熱処理後のＮｉ密度の深さ方向プロファイルを示す。１７８０℃という超高温の熱処理を施しても、Ｈｅ密度のピークすなわちゲッタリングリング層によりＮｉの拡散を抑止されていることが分かる。
【００２５】
Ｎｉに代えて、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅについても同様の実験を行なった。
【００２６】
図７に、熱処理後のＴｉ密度、Ｃｒ密度、Ｆｅ密度のプロファイルを、Ｎｉ密度のプロファイルと併置して示す。Ｎｉ以外の上記各金属についても本発明のゲッタリング層により拡散が抑止されていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、電極金属がＳｉＣ単結晶基板内に拡散するのを防止してオーミック電極を形成することができるＳｉＣ半導体素子の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００２８】
Ｓ    ＳｉＣ単結晶基板
Ｕ    基板表面（基板面）
Ｒ    基板裏面（基板面）
Ｐ    エピタキシャル層
Ｄ    高濃度ドープ層
Ｇ    ゲッタリング層
Ｅ    オーミック電極（オーミック電極用の電極金属層）
Ｃ    ショトキー電極
【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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