(57)【要約】【課題】  グラファイト層を除去し、密着性の高い配線用電極が形成できるＳｉＣ半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】  Ｎｉシリサイド膜２３の表面に形成されたグラファイト層２４をスパッタ、酸化、還元もしくは過熱による気化によって除去する。これにより、グラファイト層２４が除去されたＮｉシリサイド膜２３の表面に、配線用電極２５を成膜することが可能となる。したがって、グラファイト層２４によって配線用電極２５とＮｉシリサイド膜２３との密着性が低下することを防止でき、配線用電極２５が剥がれることを防止することが可能となる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素（２１）の表面にＮｉ膜（２２）を形成する工程と、
熱処理を行うことで、前記Ｎｉ膜（２２）をシリサイド化させ、前記炭化珪素（２１）の表面にＮｉシリサイド膜（２３）を形成する工程と、
前記Ｎｉシリサイド膜（２３）を形成する工程において前記Ｎｉシリサイド膜（２３）の表面に形成されるグラファイト層（２４）を除去する工程と、
前記グラファイト層（２４）が除去された前記金属シリサイド膜（２３）の上に配線用電極（２５）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記グラファイト層（２４）を除去する工程を、スパッタによって行うことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記グラファイト層（２４）を除去する工程における前記スパッタを電極形成装置内においてアルゴンスパッタによって行い、かつ、前記配線用電極（２５）を形成する工程における前記配線用電極（２５）を前記電極形成装置内において引き続き行うことを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記グラファイト層（２４）を除去する工程を、前記グラファイト層（２４）を酸化用ガスにて酸化することで行うことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記グラファイト層（２４）の酸化をオゾンガスもしくはＮ2Ｏガスにて行い、前記グラファイト層（２４）を酸化することでＣＯ2にして除去することを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記グラファイト層（２４）を除去する工程を、前記グラファイト層（２４）を還元用ガスにて還元することで行うことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記グラファイト層（２４）の還元をＨ2ガスにて行い、前記グラファイト層（２４）を還元することで炭化水素ガスにして除去することを特徴とする請求項６に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記グラファイト層（２４）を除去する工程を、前記Ｎｉシリサイド膜（２３）を生成するときの加熱処理により前記グラファイト層（２４）を気化させることで行うことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素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、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）で構成される半導体素子のオーミック接触が実現できる製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ半導体装置において、Ｎ型ＳｉＣとＰ型ＳｉＣの双方に対して低抵抗（電位障壁が小さな）接続となるオーミック電極を得るためには、ＳｉＣ上にＮｉを蒸着したのち、熱処理を行うというサリサイドプロセスを行い、ＳｉＣ上にＮｉシリサイド膜を形成すれば良いということが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】第５１回応用物理関係連合講演会講演予稿集（２００４年３月）、今井  聖支  他１名、２９ｐ−ＺＭ−１４「Ｎｉサリサイドプロセスを用いたｎ型およびｐ型ＳｉＣ同時コンタクト」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、Ｎｉを熱処理してＮｉシリサイド膜を形成した場合、加熱処理によってＳｉＣ上のＮｉをシリサイド化するため、Ｎｉシリサイド膜の表面にグラファイト層が形成される。このため、ボンディングや半田付けのための配線用電極をその上に形成したときに、グラファイト層によって配線用電極とＮｉシリサイド膜との密着性が低下し、配線用電極の剥がれを引き起こす要因となることが確認された。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、グラファイト層を除去し、密着性の高い配線用電極が形成できる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】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、炭化珪素（２１）の表面にＮｉ膜（２２）を形成する工程と、熱処理を行うことで、Ｎｉ膜（２２）をシリサイド化させ、炭化珪素（２１）の表面にＮｉシリサイド膜（２３）を形成する工程と、Ｎｉシリサイド膜（２３）を形成する工程においてＮｉシリサイド膜（２３）の表面に形成されるグラファイト層（２４）を除去する工程と、グラファイト層（２４）が除去された金属シリサイド膜（２３）の上に配線用電極（２５）を形成する工程とを含んでいることを特徴としている。
【０００６】
このように、グラファイト層（２４）を除去したあと配線用電極（２５）を形成するようにすれば、グラファイト層（２４）が除去されたＮｉシリサイド膜（２３）の表面に、配線用電極（２５）を成膜することが可能となる。したがって、グラファイト層（２４）によって配線用電極（２５）とＮｉシリサイド膜（２３）との密着性が低下することを防止でき、配線用電極（２５）が剥がれることを防止することが可能となる。
【０００７】
例えば、請求項２に示されるように、グラファイト層（２４）を除去する工程を、スパッタによって行うことができる。この場合、請求項３に示されるように、グラファイト層（２４）を除去する工程におけるスパッタを電極形成装置内においてアルゴンスパッタによって行い、かつ、配線用電極（２５）を形成する工程における配線用電極（２５）を電極形成装置内において引き続き行うようにすれば、グラファイト層（２４）を除去した後にＮｉシリサイド膜（２３）の表面に何ら不純物が付着しないようにすることができる。これにより、より配線用電極（２５）とＮｉシリサイド膜（２３）との密着性を高めることも可能となる。
【０００８】
また、請求項４に示されるように、グラファイト層（２４）を除去する工程を、グラファイト層（２４）を酸化用ガスにて酸化することで行うこともできる。例えば、請求項５に示されるように、グラファイト層（２４）の酸化をオゾンガスもしくはＮ2Ｏガスにて行い、グラファイト層（２４）を酸化することでＣＯ2にして除去することができる。
【０００９】
また、請求項６に示されるように、グラファイト層（２４）を除去する工程を、グラファイト層（２４）を還元用ガスにて還元することで行うこともできる。例えば、請求項７に示されるように、グラファイト層（２４）の還元をＨ2ガスにて行い、グラファイト層（２４）を還元することで炭化水素ガスにして除去することができる。
【００１０】
さらに、請求項８に示されるように、グラファイト層（２４）を除去する工程を、Ｎｉシリサイド膜（２３）を生成するときの加熱処理によりグラファイト層（２４）を気化させることで行うこともできる。
【００１１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態のＳｉＣ半導体素子の製造に用いられる電極形成装置の模式図である。
【００１４】
図１に示される電極形成装置は、スパッタ装置であり、チャンバー１、基板ホルダ２、ＤＣ電源３ａ、ＲＦ電源３ｂ、Ｌ／Ｃフィルタ４、マッチングボックス５、ターゲット金属電極６ａ〜６ｅ、回転シャッター７、スライドシャッター８、アルゴンガス導入口９、エア導入口１０および窒素ガス導入口１１を備えて構成されている。
【００１５】
チャンバー１には、基板ホルダ２の一部、各ターゲット金属電極６ａ〜６ｅ、回転シャッター７、スライドシャッター８が収容されていると共に、アルゴン（Ａｒ）導入口９、エア導入口１０および窒素（Ｎ2）導入口１１を介して各種ガスが導入されるようになっている。
【００１６】
基板ホルダ２は、チャンバー１内に収容される回転板２ａとその回転板の中心軸２ｂとを有した構成とされ、中心軸２ｂを介して回転板２ａが回転可能で、かつ、上下移動可能な構成とされている。この基板ホルダ２における回転板２ａに対してＳｉＣ半導体素子が形成されるＳｉＣ基板が取り付けられる。
【００１７】
Ｌ／Ｃフィルタ４は、ＤＣ電源３ａからの電力供給がスパッタに最適な条件で行われるように、すなわちスパッタ時にターゲット金属電極６ａ〜６ｅと基板ホルダ２との間で安定した放電が行われるように、容量等を調整するものである。また、Ｌ／Ｃフィルタ４と各ターゲット金属電極６ａ〜６ｅとの間に切替スイッチ１３が備えられており、切替スイッチ１３により、どのターゲット金属電極６ａ〜６ｅに対してＤＣ電源３ａからの電力供給を行うかの切替えが行えるようになっている。
【００１８】
ターゲット金属電極６ａ〜６ｅは、スパッタによってＳｉＣ半導体装置に成膜される電極材料が種類別に電極表面に塗布されたもの、もしくは、電極そのものが電極材料とされたものであり、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属によって構成されている。なお、ここではターゲット金属電極６ａ〜６ｅが５種類で構成される例を挙げているが、これら５種類すべてに電極材料が備えられている必要はなく、ターゲット金属電極６ａ〜６ｅのうち必要なもののみに電極材料が備えられていれば良い。
【００１９】
回転シャッター７は、開口部７ａが備えられた回転自在のシャッターであり、開口部７ａからターゲット金属電極６ａ〜６ｅのうちの所望の電極のみを露出させることで、その電極のみがターゲットの対象となるようにするものである。
【００２０】
スライドシャッター８は、チャンバー１内においてスライド可能な構成とされており、基板ホルダ２とターゲット金属電極６ａ〜６ｅとの間を遮断したり、これらの間を開放させたりできるようになっている。
【００２１】
アルゴンガス導入口９は、チャンバー１内に不活性ガスとしてアルゴンガスを導入するためのものである。アルゴンガス導入口９には、マスフローコントローラ９ａと、複数のバルブ９ｂ〜９ｅが備えられ、アルゴンガスの流量が所望値（例えば１分間に３０ｓｃｃｍ、圧力０．６Ｐａ）となるように制御できる構成となっている。
【００２２】
エア導入口１０および窒素ガス導入口１１は、それぞれ、チャンバー１内にエアと窒素を導入するためのものである。これらエア導入口１０および窒素ガス導入口１１にもバルブ１０ａ、１１ａが備えられ、エアや窒素の導入・非導入を制御できるようになっている。
【００２３】
なお、チャンバー１には、排気口１４も備えられており、チャンバー１内の雰囲気を引き込みむと共にその排気量を調整することで、チャンバー１内の圧力が一定に保たれるようになっている。
【００２４】
続いて、本実施形態のＳｉＣ半導体素子の製造方法について説明する。図２は、本実施形態のＳｉＣ半導体素子の製造工程を示した断面図である。また、図３は、ＳｉＣ半導体素子の製造工程のフローチャートを示したものである。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示されるように、ＳｉＣ２１、例えば４Ｈ−ＳｉＣが含まれる基板を用意する。ここでいう基板は、すべてがＳｉＣ２１で構成されているものであっても良いし、他の基板にＳｉＣ２１が形成されたものであっても良い。このＳｉＣ２１の表面を例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）にて洗浄する（図３のステップ１００）。
【００２６】
そして、図２（ｂ）に示されるように、ＳｉＣ２１の表面にＮｉ膜２２を例えば１００ｎｍ成膜する（図３のステップ１１０）。例えば、真空蒸着装置やスパッタ装置内にＳｉＣ２１を収容し、真空蒸着法もしくはスパッタ法にてＮｉ膜２２を成膜する。このとき、スパッタ装置を用いる場合には、上述した図１に示す電極形成装置を用いても良い。
【００２７】
続いて、ＳｉＣ２１をＮｉ膜２２の成膜に用いた装置から取り出したのち、熱処理装置内に収容し、熱処理を行うことでＮｉ膜２２をシリサイド化させるサリサイドプロセスを行う（図３のステップ１２０）。具体的には、９００℃以上、例えば１０００℃で１０分前後の熱処理を行う。これにより、図２（ｃ）に示されるように、Ｎｉシリサイド膜２３が形成されると共に、Ｎｉシリサイド膜２３の表面にグラファイト層２４が形成される。
【００２８】
次に、図１に示した電極形成装置のチャンバー１内における基板ホルダ２の表面にＳｉＣ２１を取り付け、アルゴンスパッタを行うことで、図２（ｄ）に示されるように、グラファイト層２４を除去する（図３のステップ１３０）。
【００２９】
具体的には、アルゴンガス導入口９を通じてアルゴンガスを導入し、アルゴンガスの流量が所望値（例えば１分間に３０ｓｃｃｍ、圧力０．６Ｐａ）となるように制御する。また、排気口１４からの排気量を調整すると共に、エア導入口１０および窒素ガス導入口１１からのエアや窒素の導入を停止することで、チャンバー１内を真空状態に近づけ、かつ、アルゴンガスが残された状態にする。また、必要に応じて回転シャッター７もしくはスライドシャッター８にて各ターゲット金属電極６ａ〜６ｅを覆う。そして、ＲＦ電源３ｂが起動することで、基板ホルダ２が、中心軸２ｂを介して回転板２ａを回転させ、ＲＦ電源３ｂより所望の電力（例えば３００Ｗ）を供給することで基板ホルダ２とターゲット金属電極６ａ〜６ｅの間で放電が起こるようにする。
【００３０】
これにより、アルゴンがマイナスとなっている基板ホルダ２側、つまりＳｉＣ２１側に飛んで行き、ＳｉＣ２１の表面に形成されたグラファイト層２４と衝突する。これを例えば５分以上継続することで、グラファイト層２４が除去される。
【００３１】
引き続き、ＳｉＣ２１を電極形成装置におけるチャンバー１から出すことなく、チャンバー１内の圧力が真空状態に近いままの状態を維持させつつ、そのまま配線用電極形成工程を行うことで、図２（ｅ）に示されるように、グラファイト層２４が除去されたＮｉシリサイド膜２３の上に配線用電極２５を形成する（図３のステップ１４０）。
【００３２】
具体的には、ＤＣ電源３ａを起動し、さらに切替スイッチ１３によってターゲット金属電極６ａ〜６ｅのうちの所望の電極がＬ／Ｃフィルタ４に接続されるようにする。また、回転シャッター７の開口部７ａからその所望の電極を露出させる。
【００３３】
この状態でスパッタを行うことで、配線用電極２５を形成する。このとき、配線用電極２５が例えばＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ（例えば、Ｔｉが２００ｎｍ、Ｎｉが５００ｎｍ、Ａｕが５０ｎｍ）の三層構造で構成されるのであれば、各金属層が所望膜厚に達する毎に切替スイッチ１３を切替えることで、Ｌ／Ｃフィルタ４に接続されるターゲット金属電極６ａ〜６ｅの接続先を替えるという三元スパッタを行うことになる。
【００３４】
この後の工程に関しては図示していないが、層間絶縁膜形成工程等を経て、配線用電極２５にワイヤボンディングもしくははんだ接合などを行うことでＳｉＣ半導体素子が完成する。
【００３５】
以上のようにして、グラファイト層２４が除去されたＮｉシリサイド膜２３の表面に、配線用電極２５を成膜することが可能となる。したがって、グラファイト層２４によって配線用電極２５とＮｉシリサイド膜２３との密着性が低下することを防止でき、配線用電極２５が剥がれることを防止することが可能となる。
【００３６】
また、グラファイト層２４の除去工程と配線用電極２５の形成工程とが同じ電極形成装置内で行われるようにしていることから、グラファイト層２４を除去した後にＮｉシリサイド膜２３の表面に何ら不純物が付着しないようにすることができる。これにより、より配線用電極２５とＮｉシリサイド膜２３との密着性を高めることも可能となる。
【００３７】
さらに、グラファイト層２４の除去工程の際に真空状態に近づけたのち、そのままの状態を維持しつつ配線用電極２５の形成工程が行われるようにしている。このため、配線用電極２５の形成工程のために再度真空状態に近づけるという工程を改めて行わなくても済み、製造工程の簡略化、短時間化を図ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、アルゴンスパッタによってグラファイト層２４の除去工程を行ったが、本実施形態では化学反応によってグラファイト層２４の除去工程を行う。なお、本実施形態のＳｉＣ半導体素子の製造方法は基本的にグラファイト層２４の除去工程以外に関しては第１実施形態と同様であり、さらに、本実施形態のグラファイト層２４の除去工程は、第１実施形態で用いた図１の電極形成装置を用いて実施可能であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３９】
まず、図１に示した電極形成装置内にＳｉＣ２１を収容する。そして、電極形成装置に備えられたアルゴンガス導入口９を酸化用ガスもしくは還元用ガスの導入口として用いて、酸化用ガスもしくは還元用ガスをチャンバー１内に導入する。例えば、酸化用ガスとしては、オゾンガスやＮ2Ｏガス等を用いることができ、還元用ガスとしては水素ガス等を用いることができる。
【００４０】
そして、排気口１４からの排気量を調整すると共に、エア導入口１０および窒素ガス導入口１１からのエアや窒素の導入を停止することで、チャンバー１内を真空状態に近づけ、かつ、酸化用ガスもしくは還元用ガスが残された状態にする。また、必要に応じて回転シャッター７もしくはスライドシャッター８にて各ターゲット金属電極６ａ〜６ｅを覆う。
【００４１】
この後、酸化用ガスが用いられる場合には、チャンバー１内の圧力などに応じて条件は変わるが、グラファイト層２４の酸化は進むがＳｉＣ２１の酸化は進まない温度、例えば１０００℃以下の熱処理を行う。また、還元用ガスが用いられる場合にも、チャンバー１内の圧力などに応じて条件は変わるが、グラファイト層２４の還元は進むがＳｉＣ２１のエッチングは進まない温度、例えば１５００℃以下の熱処理を行う。
【００４２】
これにより、グラファイト層２４が酸化されてＣＯ2となって除去されるか、もしくは、グラファイト層２４が還元されてメタンなどの炭化水素として除去されることになる。
【００４３】
この後に関しては、第１実施形態と同様に、グラファイト層２４が除去されたＮｉシリサイド膜２３の表面に配線用電極２５を形成する等により、ＳｉＣ半導体素子が完成することになる。
【００４４】
以上説明したように、グラファイト層２４を酸化もしくは還元することによって除去することも可能である。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００４５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では加熱処理によってグラファイト層２４の除去工程を行う。
【００４６】
図４は、本実施形態で用いられる電極形成装置の模式図である。この電極形成装置は、図１に示した電極形成装置における基板ホルダ２に例えば誘導加熱コイルで構成された加熱装置１５を備えたものであり、その他の部分は図１に示した電極形成装置と同様である。以下、この図を参照して本実施形態のＳｉＣ半導体素子の製造方法について説明するが、本実施形態のＳｉＣ半導体素子の製造方法は基本的にグラファイト層２４の除去工程以外に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
まず、図１に示した電極形成装置内にＳｉＣ２１を収容する。そして、電極形成装置に備えられたアルゴンガス導入口９やエア導入口１０および窒素ガス導入口１１からのガス導入を行わない状態で排気口１４からの排気量を調整することで、チャンバー１内を真空状態に近づける。
【００４８】
そして、Ｎｉ膜２２を形成した後のＮｉシリサイド膜２３を生成するときに、加熱装置１５による加熱処理を行い、加熱によってグラファイトを気化することでグラファイト層２４が形成されることを防止する。
【００４９】
この後に関しては、第１実施形態と同様に、グラファイト層２４が形成されなかった、もしくは除去されたＮｉシリサイド膜２３の表面に配線用電極２５を形成する等により、ＳｉＣ半導体素子が完成することになる。
【００５０】
以上説明したように、加熱装置１５によってグラファイトを気化させることでグラファイト層２４が形成されないように、もしくは除去されるようにすることも可能である。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００５１】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、アルゴンスパッタにてグラファイト層２４を除去するようにしたが、Ｎｉシリサイド膜２３の表面をクリーニングする効果がある逆スパッタであれば酸素（Ｏ2）スパッタであっても構わない。また、上記実施形態では、配線用電極２５をスパッタによって形成する例を挙げたが、真空状態に近づけた状態を保持したままＳｉＣ２１を蒸着装置に収容し、蒸着によって配線用電極２５を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＳｉＣ半導体素子の製造に用いられる電極形成装置の模式図である。
【図２】ＳｉＣ半導体素子の製造工程を示した断面図である。
【図３】ＳｉＣ半導体素子の製造工程のフローチャートである。
【図４】本発明の第３実施形態におけるＳｉＣ半導体素子の製造に用いられる電極形成装置の模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…チャンバー、２…基板ホルダ、２ａ…回転板、２ｂ…中心軸、３ａ…ＤＣ電源、３ｂ…ＲＦ電源、４…Ｌ／Ｃフィルタ、５…マッチングボックス、６ａ〜６ｅ…ターゲット金属電極、７…回転シャッター、７ａ…開口部、８…スライドシャッター、９…アルゴンガス導入口、１０…エア導入口、１１…窒素ガス導入口、１３…切替スイッチ、１４…排気口、１５…加熱装置、２１…ＳｉＣ、２２…Ｎｉ膜、２３…Ｎｉシリサイド膜、２４…グラファイト層、２５…配線用電極。
【図１】
2006332357.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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