(57)【要約】【課題】従来技術よりも小さい熱エネルギーで、ＳｉＣ基板上に低抵抗のオーミック電極を形成することができ、熱処理における半導体装置の素子部の損傷および特性の劣化を防止することができる熱処理方法および熱処理装置、ならびに前記熱処理方法を用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】熱処理装置１の電源部２１によって、複数のパルスを含むパルス列で構成される複数パルス電流を発生させ、導線２２および電流端子部２３を介して、ＳｉＣ基板１１上の電極金属膜１２に供給する。これによって電極金属膜１２にジュール熱を発生させ、発生したジュール熱によって電極金属膜１２を加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に設けられた金属膜の熱処理方法であって、
前記金属膜に、複数のパルスを含むパルス列で構成されるパルス電流を供給することによってジュール熱を発生させ、発生したジュール熱によって前記金属膜を加熱することを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
前記金属膜に前記パルス電流を供給するとき、前記金属膜の抵抗値を取得し、取得した前記金属膜の抵抗値が、予め定める停止閾値に到達すると、前記金属膜への前記パルス電流の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に設けられた金属膜の熱処理装置であって、
複数のパルスを含むパルス列で構成されるパルス電流を前記金属膜に供給する電流供給手段を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
前記金属膜の抵抗値を取得する抵抗取得手段と、
前記抵抗取得手段によって取得される前記金属膜の抵抗値に基づいて、前記電流供給手段を制御する制御手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記金属膜の抵抗値が、予め定める停止閾値に到達すると、前記金属膜への前記パルス電流の供給を停止するように前記電流供給手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記炭化珪素基板の厚み方向他方側の表面に、半導体装置の素子部を形成する素子部形成工程と、
前記素子部形成工程の後、請求項１または２に記載の熱処理方法を用いて、前記金属膜を熱処理する熱処理工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理方法および熱処理装置、ならびに半導体装置の製造方法に関し、より詳細には、たとえば電力素子、発光素子、高周波素子などの半導体装置のオーミック電極を形成するための熱処理に用いられる熱処理方法および熱処理装置、ならびに前記熱処理方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）半導体を用いたＳｉＣ半導体装置の中でも、ＳｉＣ基板の厚み方向に電流を流す半導体装置においては、ＳｉＣ基板の厚み方向の両側の表面に電極が形成される。たとえば、ショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode；略称：ＳＢＤ）では、ＳｉＣ基板の厚み方向一方側の表面にショットキー電極が形成され、ＳｉＣ基板の厚み方向他方側の表面にオーミック電極が形成される。
【０００３】
オーミック電極を形成する方法としては、ＳｉＣ基板上に、オーミック電極となる金属膜（以下「電極金属膜」という）を形成した後、この電極金属膜を熱処理することによって、電極金属膜とＳｉＣ基板との間にオーミック接触を得ることが行われている。
【０００４】
半導体装置の製造における熱処理方法としては、たとえばガラス基板上に形成したシリコン（Ｓｉ）膜に薄膜発熱体を重ね、薄膜発熱体にパルス電流を流してジュール熱を発生させ、発生したジュール熱によってＳｉ膜を熱処理する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８９５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１に開示される従来技術の熱処理方法を、ＳｉＣ半導体装置のオーミック電極を形成するための熱処理に適用する場合には、以下の問題がある。
【０００７】
Ｓｉ基板上にオーミック電極を形成する場合には、Ｓｉ基板上に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）膜を形成し、このＡｌ膜を４００℃程度で熱処理すればよい。しかし、ＳｉＣ基板上にオーミック電極を形成する場合には、ＳｉＣ基板上に形成した電極金属膜を、Ｓｉ基板上に形成したＡｌ膜を熱処理する場合よりも高温、たとえば１０００℃程度で熱処理する必要がある。
【０００８】
またＳｉＣの熱伝導率は、ガラスの熱伝導率の数百倍であり、Ｓｉの熱伝導率の約３倍である。このようにＳｉＣは、銅（Ｃｕ）と同程度以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料である。したがって、ＳｉＣ基板を用いた場合、基板上に形成した電極金属膜をジュール熱によって加熱したときに、熱伝導によって基板に散逸する熱エネルギー損失が、Ｓｉ基板を用いた場合よりも多くなる。
【０００９】
以上のことから、ＳｉＣ基板を用いる場合には、基板上に形成した電極金属膜の熱処理に、Ｓｉ基板またはガラス基板を用いる場合よりも多大の熱エネルギーが必要になるという問題がある。
【００１０】
また、ＳｉＣ基板のオーミック電極が形成される側と反対側には、ＳｉＣ基板を通って、熱エネルギーが伝わる。この熱エネルギーによって、オーミック電極が形成される側と反対側に形成される半導体装置の素子部の構成要素、たとえばショットキー電極、ショットキー電極上に設けられるＡｌ電極、イオン注入層、ゲート電極層、トランジスタ構造、またはＭＯＳチャネル構造などに、損傷および特性の劣化が生じるという問題がある。
【００１１】
また過大な熱エネルギーが投入される結果、電極金属膜とＳｉＣ基板との界面に炭素（Ｃ）が析出して、電極の抵抗が高くなるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、従来技術よりも小さい熱エネルギーで、ＳｉＣ基板上に低抵抗のオーミック電極を形成することができ、熱処理における半導体装置の素子部の損傷および特性の劣化を防止することができる熱処理方法および熱処理装置、ならびに前記熱処理方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の熱処理方法は、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に設けられた金属膜の熱処理方法であって、前記金属膜に、複数のパルスを含むパルス列で構成されるパルス電流を供給することによってジュール熱を発生させ、発生したジュール熱によって前記金属膜を加熱することを特徴とする。
【００１４】
本発明の熱処理装置は、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に設けられた金属膜の熱処理装置であって、複数のパルスを含むパルス列で構成されるパルス電流を前記金属膜に供給する電流供給手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記炭化珪素基板の厚み方向他方側の表面に、半導体装置の素子部を形成する素子部形成工程と、前記素子部形成工程の後、前記の熱処理方法を用いて、前記金属膜を熱処理する熱処理工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の熱処理方法によれば、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に設けられた金属膜に、複数のパルスを含むパルス列で構成されるパルス電流（以下「複数パルス電流」という場合がある）が供給されてジュール熱が発生し、発生したジュール熱によって金属膜が加熱される。これによって、金属膜と炭化珪素基板との間でシリサイド化反応が進み、金属膜と炭化珪素基板との間にオーミック接触が形成されるので、炭化珪素基板上に、金属膜から成る低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００１７】
金属膜は複数パルス電流を供給することで加熱されるので、従来技術のように単一のパルスで構成されるパルス電流（以下「単一パルス電流」という場合がある）を供給して加熱する場合に比べて、熱伝導によって炭化珪素基板に散逸する熱エネルギーを小さくすることができる。これによって、熱伝導による熱エネルギーの損失を小さくすることができるので、オーミック接触を形成するために金属膜に与えるべき熱エネルギーを低減することができる。したがって、従来技術よりも小さい熱エネルギーで、炭化珪素基板上に低抵抗のオーミック電極を形成することができる。このような本発明の熱処理方法を、半導体装置のオーミック電極を形成するための金属膜の熱処理に用いることによって、炭化珪素基板のオーミック電極が形成される側とは反対側の表面に形成された半導体装置の素子部の損傷および特性の劣化を防止することができる。
【００１８】
本発明の熱処理装置によれば、電流供給手段によって、複数のパルスを含むパルス列で構成されるパルス電流である複数パルス電流が、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面に設けられた金属膜に供給される。これによって、金属膜にジュール熱が発生し、発生したジュール熱によって金属膜が加熱されるので、金属膜と炭化珪素基板との間でシリサイド化反応が進み、金属膜と炭化珪素基板との間にオーミック接触が形成される。したがって、炭化珪素基板上に、金属膜から成る低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００１９】
金属膜は複数パルス電流を供給することで加熱されるので、従来技術のように単一パルス電流を供給して加熱する場合に比べて、熱伝導によって炭化珪素基板に散逸する熱エネルギーを小さくすることができる。これによって、熱伝導による熱エネルギーの損失を小さくすることができるので、オーミック接触を形成するための金属膜の加熱に必要な熱エネルギーを低減することができる。したがって、従来技術よりも小さい熱エネルギーで、炭化珪素基板上に低抵抗のオーミック電極を形成することができる。このような本発明の熱処理装置を、半導体装置のオーミック電極を形成するための金属膜の熱処理に用いることによって、炭化珪素基板のオーミック電極が形成される側とは反対側の表面に形成された半導体装置の素子部の損傷および特性の劣化を防止することができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面には、金属膜形成工程で金属膜が形成され、炭化珪素基板の厚み方向他方側の表面には、素子部形成工程で半導体装置の素子部が形成される。素子部は、たとえばショットキー電極、ショットキー電極上に設けられる外部出力電極、イオン注入層、ゲート電極層、またはＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）チャネル構造などの構成要素を含む。素子部形成工程の後には、熱処理工程で、前述の本発明の熱処理方法を用いて、金属膜が熱処理される。これによって、金属膜と炭化珪素基板との間でシリサイド化反応が進み、金属膜と炭化珪素基板との間にオーミック接触が形成されるので、炭化珪素基板上に、金属膜から成る低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００２１】
前述のように本発明の熱処理方法によれば、複数パルス電流を供給して金属膜を加熱するので、従来技術のように単一パルス電流を供給して加熱する場合に比べて、熱伝導によって炭化珪素基板に散逸する熱エネルギーを小さくすることができる。これによって、熱処理工程において、炭化珪素基板のオーミック電極が形成される側とは反対側の表面、すなわち厚み方向他方側の表面に形成された半導体装置の素子部に、過大な熱エネルギーが加わることを防止することができるので、素子部の損傷および特性の劣化を防止することができる。したがって、半導体装置の素子部の損傷および特性の劣化を防いで、炭化珪素基板上に低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態である熱処理装置１を示す図である。
【図２】電極金属膜１２の温度および投入パワーの時間変化を模式的に示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態である熱処理装置１Ａを示す図である。
【図４】各パルス期間における２つの電流端子部２３間の電気抵抗の尖頭値（相対値）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態である熱処理装置１を示す図である。本発明の実施の一形態である熱処理方法は、熱処理装置１によって実行される。熱処理装置１は、半導体装置の製造に好適に用いられる。図１では、熱処理装置１と併せて半導体装置１０を示す。半導体装置１０は、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体を用いた半導体装置である。半導体装置１０は、半導体基板であるＳｉＣ基板１１の厚み方向一方側の表面に、オーミック電極となる金属膜である電極金属膜１２が設けられている。
【００２４】
熱処理装置１は、オーミック接触を形成するための電極金属膜１２の熱処理を行う。熱処理装置１は、電源装置２０を備える。電源装置２０は、電流供給手段に相当する。電源装置２０は、電源部２１と、導線２２と、電流端子部２３とを備えて構成される。電源部２１は、パルス電流を発生させる。ここで、パルス電流とは、電流値がパルス状に変化する電流をいう。本実施の形態では、パルス電流は、複数のパルスを含むパルス列で構成される複数パルス電流である。電源部２１は、パルス電流を構成する複数のパルスを時系列に発生させる。
【００２５】
導線２２は、電流端子部２３を介して、電源部２１と、半導体装置１０の電極金属膜１２とを電気的に接続する。導線２２の一端部は、電源部２１に接続され、導線２２の他端部は、電流端子部２３に接続される。
【００２６】
電流端子部２３は、半導体装置１０の電極金属膜１２上に設けられ、導線２２と電極金属膜１２とを電気的に接続する。電流端子部２３は、電極金属膜１２の厚み方向一方側の表面に、所定の間隔をあけて、２つ設けられる。この２つの電流端子部２３を介して、電極金属膜１２と導線２２とが接続される。電流端子部２３は、たとえば導電性接着剤によって形成される。
【００２７】
半導体装置１０は、たとえば電力素子、発光素子、高周波素子などの素子として好適に用いられる。ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側の表面には、半導体装置１０の素子として機能する部分である素子部１８が設けられている。本実施の形態では、半導体装置１０は、ショットキーバリアダイオード（略称：ＳＢＤ）として機能する。
【００２８】
半導体装置１０は、ＳｉＣ基板１１と、電極金属膜１２と、ドリフト層１３と、注入領域１４と、ショットキー電極１５と、外部出力電極１６と、保護膜１７とを備えて構成される。ドリフト層１３、注入領域１４、ショットキー電極１５、外部出力電極１６および保護膜１７は、素子部１８を構成する構成要素である。ＳｉＣ基板１１は、板状、具体的には平板状に形成される。電極金属膜１２は、熱処理装置１によって熱処理されて、オーミック電極となる。
【００２９】
ドリフト層１３は、ＳｉＣから成り、ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側、すなわち電極金属膜１２が設けられた側と反対側の表面に設けられる。注入領域１４は、イオン注入層であり、ドリフト層１３にイオン注入して形成される。注入領域１４は、たとえばドリフト層１３の厚み方向他方側の表面部分の所定の領域にリング状に形成され、ガードリングとして機能する。ショットキー電極１５は、ドリフト層１３上、具体的にはドリフト層１３の厚み方向他方側に、ドリフト層１３に接して設けられる。外部出力電極１６は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）から成り、ショットキー電極１５上、具体的にはショットキー電極１５の厚み方向他方側の表面に設けられる。
【００３０】
ＳｉＣ基板１１は、たとえば、高不純物濃度のｎ型の半導体基板であり、たとえばウェハによって実現される。ＳｉＣ基板１１は、一様な厚さに形成される。たとえば、ＳｉＣ基板１１は、厚さが、たとえば３５０μｍとなるように形成される。
【００３１】
ドリフト層１３は、ＳｉＣ基板１１よりも低不純物濃度のｎ型の半導体層である。ドリフト層１３は、ＳｉＣから成り、ＳｉＣ基板１１上にエピタキシャル成長させて形成される。注入領域１４は、ドリフト層１３に、たとえばＡｌイオンを注入して形成される。
【００３２】
ショットキー電極１５は、たとえばチタン（Ｔｉ）から成る。ショットキー電極１５は、厚さが、たとえば１００ｎｍに形成される。外部出力電極１６は、厚さが、たとえば５μｍに形成される。
【００３３】
電極金属膜１２は、たとえばニッケル（Ｎｉ）から成る。電極金属膜１２は、ＳｉＣ基板１１の厚み方向一方側の表面、すなわちＳｉＣ基板１１のショットキー電極１５を形成した表面と反対側の表面に設けられる。電極金属膜１２は、厚さが、たとえば１００ｎｍに形成される。電極金属膜１２は、たとえばスパッタ法によって形成される。ＳｉＣ基板１１への電極金属膜１２の形成が終了した段階では、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率は、たとえば５０ｍΩｃｍ2であり、良好なオーミック接触は得られていない。
【００３４】
この電極金属膜１２に対して、熱処理装置１によって熱処理が行われる。熱処理装置１は、電極金属膜１２上に、たとえば導電性接着剤を用いて電流端子部２３を形成し、形成した電流端子部２３を介して、電極金属膜１２と導線２２とを接続することによって、電極金属膜１２に接続される。
【００３５】
熱処理装置１は、電源部２１を駆動して複数パルス電流を発生し、発生した複数パルス電流を、導線２２および電流端子部２３を介して電極金属膜１２に供給する。複数パルス電流としては、たとえば、電圧値が２００Ｖであり、パルス長が５００ｎｓであり、パルス周期が５μｓであるパルスを１００００パルス含むパルス電流を供給する。各パルスの尖頭電流値、すなわちピーク電流値は、たとえば２Ａである。複数パルス電流の各パルスの電圧値、パルス長、パルス周期および尖頭電流値、ならびに複数パルス電流に含まれるパルス数は、一例であり、これに限定されない。
【００３６】
この複数パルス電流を電極金属膜１２に供給することによって、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率を低下させ、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との間に良好なオーミック接触を形成することができる。複数パルス電流の供給が終了した段階では、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率は、前述の５０ｍΩｃｍ2から低下し、たとえば約１μΩｃｍ2となる。
【００３７】
以上のように本実施の形態によれば、電源装置２０の電源部２１によって複数パルス電流が発生され、導線２２および電極端子部２３を介して、ＳｉＣ基板１１の厚み方向一方側の表面に設けられた電極金属膜１２に供給される。この複数パルス電流の供給によって、電極金属膜１２にジュール熱が発生し、発生したジュール熱によって電極金属膜１２が加熱される。これによって、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との間でシリサイド化反応が進み、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率が前述のように低下して、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との間にオーミック接触が形成される。したがって、ＳｉＣ基板１１上に、電極金属膜１２から成る低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００３８】
本実施の形態では、複数パルス電流を供給することで電極金属膜１２を加熱するので、従来技術のように単一のパルスで構成される単一パルス電流を供給して加熱する場合に比べて、熱伝導によってＳｉＣ基板１１に散逸する熱エネルギーを小さくすることができる。
【００３９】
図２は、電極金属膜１２の温度、および電極金属膜１２に供給するパルス電流による電力（以下「投入パワー」という場合がある）の時間変化を模式的に示すグラフである。図２（ａ）は、電極金属膜１２の温度の時間変化を示すグラフであり、図２（ｂ）は、投入パワーの時間変化を示すグラフである。図２（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は電極金属膜１２の温度の相対値を示す。図２（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は投入パワーの相対値を示す。図２（ａ）および図２（ｂ）では、複数パルス電流を電極金属膜１２に供給した場合を太い実線で示し、単一パルス電流を電極金属膜１２に供給した場合を太い破線で示す。複数パルス電流の各パルスのパルス長は、単一パルス電流のパルスのパルス長に比較して短いものとする。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、電極金属膜１２の温度は、パルスの立上がりに伴って上昇し、パルスの立下がりに伴って下降する。電源装置２０の電源部２１が複数パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合、電極金属膜１２の温度は、各パルスの立上がりおよび立下がりに伴って、上昇と下降とを繰返す。
【００４１】
電源装置２０の電源部２１が単一パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合に、電極金属膜１２が過熱しないようにするには、より低いパワーを、より長い時間投入する必要がある。たとえば図２（ａ）に示すように、単一パルス電流を供給する場合と複数パルス電流を供給する場合とで、電極金属膜１２の温度が目標加熱温度Ｔ０以上になっている時間Ｌ１を同じにして、電極金属膜１２が過熱しないように加熱するためには、単一パルス電流を供給する場合のパルス供給時間Ｌ３を、複数パルス電流を供給する場合のパルス供給時間Ｌ２よりも長く（Ｌ３＞Ｌ２）する必要がある。この場合、熱伝導によって電極金属膜１２からＳｉＣ基板１１に熱エネルギーが散逸しやすいので、熱伝導による熱エネルギーの損失が大きい。
【００４２】
つまり、電源装置２０の電源部２１が単一パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合、パルス電流の供給で電極金属膜１２に発生するジュール熱の熱エネルギーは、オーミック接触を形成するための電極金属膜１２の加熱に使用されるだけでなく、ＳｉＣ基板１１に散逸してしまう。したがって、オーミック接触を形成するためには、ＳｉＣ基板１１に散逸する熱エネルギーの分だけ余分に、電極金属膜１２に熱エネルギーを与える必要がある。
【００４３】
これに対し、電源装置２０の電源部２１が複数パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合には、パルス電流の供給で電極金属膜１２に発生するジュール熱の熱エネルギーを、電極金属膜１２の加熱に集中的に使用することができる。したがって、複数パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合には、オーミック接触を形成するために電極金属膜１２に与えることが必要な熱エネルギーを、単一パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合よりも小さくすることができる。
【００４４】
電極金属膜１２に与えられる熱エネルギーは、図２（ｂ）の縦軸に示す投入パワーを横軸の時間で積分した合計量で表される。図２（ｂ）において、投入パワーを時間で積分した合計量は、パルスの面積で表すことができる。図２（ｂ）に示すように、複数パルス電流を構成する複数のパルスの合計面積は、斜線で示される単一パルス電流のパルスの面積よりも小さくなっている。このことから、複数パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合には、前述のようにオーミック接触を形成するために電極金属膜１２に与えることが必要な熱エネルギーを、単一パルス電流を電極金属膜１２に供給する場合よりも小さくすることができることが判る。
【００４５】
以上のように本実施の形態では、熱伝導による熱エネルギーの損失を小さくすることができるので、オーミック接触を形成するために電極金属膜１２に与えることが必要な熱エネルギーを、単一パルス電流を供給する場合よりも小さくすることができる。つまり本実施の形態では、オーミック接触を形成するために電極金属膜１２に与えるべき熱エネルギーを低減することができる。したがって、従来技術よりも小さい熱エネルギーで、ＳｉＣ基板１１上に低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００４６】
このような本実施の形態の熱処理装置１を用いて、オーミック電極を形成するための電極金属膜１２の熱処理を行なって、半導体装置１０が製造される。これによって、ＳｉＣ基板１１のオーミック電極が形成される側とは反対側の表面、すなわち厚み方向他方側の表面に形成された半導体装置１０の素子部１８の損傷および特性の劣化を防止することができる。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態である熱処理装置１Ａを示す図である。図３では、前述の図１と同様に、熱処理装置１Ａと併せて半導体装置１０を示す。本実施の形態の熱処理装置１Ａは、前述の第１の実施の形態の熱処理装置１と構成が類似しているので、異なる部分についてのみ説明し、対応する部分には同一の参照符を付して共通する説明を省略する。本発明の実施の一形態である熱処理方法は、熱処理装置１Ａによって実行される。
【００４８】
本実施の形態の熱処理装置１Ａは、電源装置２０に加えて、抵抗監視装置２４と、電源制御装置２５とを備えて構成される。本実施の形態では、電源装置２０の電源部２１は、抵抗監視装置２４および電源制御装置２５に接続される。抵抗監視装置２４と電源制御装置２５とは、互いに接続される。
【００４９】
抵抗監視装置２４は、電源部２１が発生するパルス電流の各パルスの電圧および電流の値を監視し、電圧および電流の値から、２つの電流端子部２３間の電気抵抗値を算出する。これによって抵抗監視装置２４は、電極金属膜１２の電気抵抗値を取得する。電流端子部２３は、電極金属膜１２上に設けられるので、２つの電流端子部２３間の電気抵抗値は、電極金属膜１２の電気抵抗値に相当する。２つの電流端子部２３間の電気抵抗値は、電極金属膜１２に印加されるパルス電流の各パルスに応じて脈動する。これは、電極金属膜１２の温度が高くなると、その電気抵抗値が増大するためである。抵抗監視装置２４は、算出した電気抵抗値を電源制御装置２５に時々刻々と与える。抵抗監視装置２４は、抵抗取得手段に相当する。
【００５０】
電源制御装置２５は、抵抗監視装置２４から与えられる、時間と共に変化する電気抵抗値が、所定の閾値である停止閾値に到達したときに、電源部２１に対して、パルス電流の発生を停止させる信号を与える。このようにして電源制御装置２５は、電極金属膜１２へのパルス電流の供給を停止するように電源装置２０、具体的には電源装置２０の電源部２１を制御する。電源制御装置２５は、制御手段に相当する。
【００５１】
図４は、各パルス期間における２つの電流端子部２３間の電気抵抗の尖頭値（相対値）を示すグラフである。図４において、横軸は、電極金属膜１２に印加したパルス電流のパルスの回数（以下「印加電流パルス数」という場合がある）を示し、縦軸は、電気抵抗の尖頭値（相対値）を示す。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の電圧値およびパルス長のパルスで構成される複数パルス電流で熱処理を行う。
【００５２】
図４に示されるように、電気抵抗は、印加電流パルス数とともに増加し、印加電流パルス数が１００００回を超える付近で飽和する傾向があることが判る。これは、各パルスの印加に伴って、電極金属膜１２のＮｉと、ＳｉＣ基板１１のＳｉＣとが反応して、Ｎｉシリサイドが徐々に形成され、反応が進むにつれて反応速度が飽和することを示している。また図４から、印加電流パルス数が１００００回の熱処理によって、充分なオーミック接触が得られることが判る。
【００５３】
図４に示すようなグラフを事前に取得しておくことによって、充分なオーミック接触が得られる所定の抵抗値を得ておくことができる。電源制御装置２５は、電極金属膜１２の電気抵抗値である２つの電流端子部２３間の電気抵抗値が、充分なオーミック接触が得られる前記所定の抵抗値である停止閾値に到達したときに、電源部２１に対して、パルス電流の発生を停止させる信号を与える。これによって、過不足のない熱処理を行うことができる。
【００５４】
以上のように本実施の形態によれば、抵抗監視装置２４によって電極金属膜１２の電気抵抗値が取得され、取得された電極金属膜１２の電気抵抗値が、予め定める停止閾値に到達すると、電源制御装置２５によって、電極金属膜１２へのパルス電流の供給を停止するように電源部２１が制御される。停止閾値は、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２とが反応してシリサイドが形成されて、充分なオーミック接触が得られているときの電極金属膜１２の電気抵抗値に選ばれる。つまり、本実施の形態では、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２とが反応してシリサイドが形成されるのを、電極金属膜１２の電気抵抗値の変化で捕捉し、熱処理完了時点を判断することで、必要にして充分な熱処理を行う。これによって、過熱を防止することができる。
【００５５】
したがって、過剰な炭素（Ｃ）の界面析出を防止して、低抵抗のオーミック接触を得ることができる。またＳｉＣ基板１１の、オーミック電極となる電極金属膜１２が形成される側と反対側に形成されている半導体装置１０の素子部１８の構成要素、たとえばショットキー電極１５、ショットキー電極１５上に設けられるＡｌから成る外部出力電極１６、イオン注入層である注入領域１４などの損傷および特性の劣化を防止することができる。
【００５６】
本実施の形態では、複数パルス電流に含まれるパルスの数（以下「パルス数」という場合がある）は、図４に示した電気抵抗値が飽和に到達するまでのパルスの印加回数である１００００回としている。このパルス数は、熱処理によって進むシリサイド反応が飽和に到達するまでのパルスの印加回数を表しており、実用的なオーミック接触が得られるパルス数は、約５０００回で充分である。当業者は、事前に実用的なオーミック接触が得られるパルス数と、そのときの電気抵抗値とを事前に実験的に得ておくことができる。この電気抵抗値を、複数パルス電流の供給を停止させる前述の停止閾値である所定の電気抵抗値とすることができる。
【００５７】
以上に述べた第１または第２の実施の形態の熱処理方法を用いて、本発明の実施の一形態である半導体装置の製造方法が実行され、前述の図１に示す半導体装置１０が製造される。本発明の実施の一形態である半導体装置の製造方法は、金属膜形成工程と、素子部形成工程と、熱処理工程とを備える。
【００５８】
金属膜形成工程では、前述のようにして、ＳｉＣ基板１１の厚み方向一方側の表面に、電極金属膜１２を形成する。素子部形成工程では、半導体装置１０の素子部１８を形成する。具体的には、素子部１８の構成要素であるドリフト層１３、注入領域１４、ショットキー電極１５、外部出力電極１６および保護膜１７を、前述のようにして、それぞれ形成する。
【００５９】
素子部形成工程の後、熱処理工程において、第１または第２の実施の形態の熱処理方法を用いて、電極金属膜１２を熱処理する。これによって、電極金属膜１２とＳｉＣ基板１１との間でシリサイド化反応が進み、電極金属膜１２とＳｉＣ基板１１との間にオーミック接触が形成されるので、ＳｉＣ基板１１上に、電極金属膜１２から成る低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００６０】
前述のように第１または第２の実施の形態の熱処理方法によれば、複数パルス電流を供給して電極金属膜１２を加熱するので、従来技術のように単一パルス電流を供給して加熱する場合に比べて、熱伝導によってＳｉＣ基板１１に散逸する熱エネルギーを小さくすることができる。これによって、熱処理工程において、ＳｉＣ基板１１のオーミック電極が形成される側とは反対側の表面、すなわち厚み方向他方側の表面に形成された半導体装置１０の素子部１８に、過大な熱エネルギーが加わることを防止することができるので、素子部１８の損傷および特性の劣化を防止することができる。したがって、半導体装置１０の素子部１８の損傷および特性の劣化を防いで、ＳｉＣ基板１１上に低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００６１】
以上に述べた各実施の形態では、半導体装置としてショットキーバリアダイオードを例に取り、オーミック電極となる電極金属膜を熱処理する場合について説明したが、これに限定されない。他の半導体装置、たとえばＰＮ接合ダイオード、または電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；略称：ＦＥＴ）などのトランジスタにおけるオーミック電極となる電極金属膜を熱処理する場合でも、前述の各実施の形態と同様に実施可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、以上の各実施の形態では、素子部１８の構成要素として、ドリフト層１３、注入領域１４、ショットキー電極１５、外部出力電極１６および保護膜１７を挙げているが、素子部１８の構成要素は、これに限定されない。たとえば、半導体装置１０がＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）ＦＥＴとして機能する場合には、素子部１８の構成要素は、ゲート電極層およびＭＯＳチャネル構造などを含む。これらの構成要素で素子部１８が構成される場合においても、前述の第１または第２の実施の形態の熱処理方法を用いて電極金属膜１２を熱処理することによって、素子部１８に過大な熱エネルギーが加わることを防止することができる。したがって、素子部１８の損傷および特性の劣化を防止することができるので、素子部１８の損傷および特性の劣化を防いで、ＳｉＣ基板１１上に低抵抗のオーミック電極を形成することができる。
【００６３】
ＳｉＣ基板１１および電極金属膜１２の平面的な形状は、製造する半導体装置の形状に応じて、当業者が適宜選択することができる。たとえば、ＳｉＣ基板１１として、円形状のＳｉＣウェハを用い、その上に複数の長方形形状の電極金属膜１２を個別に配列し、それらの電極金属膜１２を一筆書きの要領で接続するように電極金属膜１２をパターニングして、その両端に電流端子部２３を設けることができる。その場合、電極金属膜パターンの電流が流れる方向に垂直な方向の電流経路の幅を略一定とし、電流密度を一定とすることで、複数の電極金属膜１２を均一に熱処理することができる。
【００６４】
電極金属膜１２には、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）、またはこれらの合金を用いることができる。電極金属膜１２としては、厚さが、たとえば１０ｎｍ〜５μｍの電極金属膜１２を用いることができる。
【００６５】
電極金属膜１２のＳｉＣ基板１１に接する側と反対側の表面、すなわち電極金属膜１２の厚み方向一方側の表面には、外部配線と接続するための他の金属膜、たとえばＴｉ、Ｍｏ、金（Ａｕ）などから成る金属膜を設けてもよい。
【００６６】
電源部２１から電極金属膜１２に供給する複数パルス電流の各パルスの電圧値、電流値およびパルス形状は、電極金属膜１２の膜厚、形状および電気抵抗値に応じて、当業者が適宜選択することができる。たとえば、複数パルス電流の各パルスの電圧値は０．１Ｖ〜８００Ｖ、パルス長は５ｎｓ〜１００ｍｓ、パルス周期はパルス長の１．５倍〜１００倍に選ばれる。
【００６７】
また、パルス電流による熱処理を行う間、電極金属膜１２に接する雰囲気を、真空、または窒素、アルゴンもしくは水素などのガス雰囲気にすることが好ましい。これによって、電極金属膜１２の酸化を防止することができる。この場合、熱処理装置１，１Ａは、電極金属膜１２が設けられたＳｉＣ基板１１を収容する真空槽もしくは熱処理ガス雰囲気槽、または窒素、水素、アルゴンガスなどを電極金属膜１２に吹き付けるガス吹き出し口を有するガス吹付け手段を含んでもよい。
【実施例】
【００６８】
＜実施例１＞
ＳｉＣ基板１１には、厚さ３５０μｍのｎ型ＳｉＣ基板を用いた。このＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側の表面に、ＳｉＣ基板１１よりも不純物濃度が低いｎ型ＳｉＣから成るドリフト層１３を、エピタキシャル成長させて形成した。次に、形成したドリフト層１３にＡｌイオンを注入して、注入領域１４を形成した。またドリフト層１３上に、ドリフト層１３に接して、厚さ１００ｎｍのＴｉから成るショットキー電極１５を形成した。さらにショットキー電極１５上に、ショットキー電極１５に接して、厚さ５μｍのＡｌから成る外部出力電極１６を形成した。
【００６９】
次に、ＳｉＣ基板１１のショットキー電極１５を形成した面と反対側の表面、すなわち厚み方向一方側の表面に、厚さ１００ｎｍのＮｉから成る電極金属膜１２を、スパッタ法によって形成した。この段階におけるＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率を測定したところ、５０ｍΩｃｍ2であり、良好なオーミック接触は得られていなかった。
【００７０】
次に導電性接着剤を用いて、電極金属膜１２上に、８ｃｍの間隔で２つの電流端子部２３を形成した。形成した２つの電流端子部２３を介して、電極金属膜１２と導線２２とを接続した。さらに導線２２を電源部２１に接続した。
【００７１】
次に電源部２１を駆動して、電極金属膜１２に、複数パルス電流として、電圧値が２００Ｖ、パルス長が５００ｎｓ、パルス周期が５μｓであるパルスを１００００パルス含むパルス電流を供給した。このようにして電極金属膜１２を熱処理することによって半導体装置１０を製造した。このときの各パルスの尖頭電流値は２Ａであった。このときのパルス電流による投入エネルギーを概算すると、電極金属膜１２の電気抵抗を１００Ωとして、２００［Ｖ］×２［Ａ］×５００×１０-9［ｓ］×１００００［パルス］＝２Ｊとなる。
【００７２】
この段階におけるＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率を測定したところ、約１μΩｃｍ2であり、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との間に良好なオーミック接触が形成されていることが確認された。また、得られた半導体装置１０について、順方向および逆方向の電流電圧特性を測定したところ、良好な整流特性が得られた。
【００７３】
＜比較例１＞
複数パルス電流に代えて、電圧値が２００Ｖ、パルス長が５ｍｓの単一のパルスで構成される単一パルス電流を電極金属膜１２に供給して熱処理すること以外は実施例１と同様にして、半導体装置を製造した。このときのパルス電流による投入エネルギーは、電極金属膜１２の電気抵抗を１００Ωとして、２００［Ｖ］×２［Ａ］×５×１０-3［ｓ］×１［パルス］＝２Ｊとなる。
【００７４】
得られた半導体装置では、整流特性は得られたものの、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率は、９０ｍΩｃｍ2であり、熱処理の効果は得られず、むしろ接触抵抗率が高くなった。つまり、本比較例では、合計としては、実施例１と同一のエネルギー量が投入されているにも拘わらず、オーミック接触が得られなかった。その理由は、以下のように推察される。
【００７５】
本比較例では、パルス長が５ｍｓと実施例１よりも長いので、実施例１よりも長い期間、電極金属膜１２が熱せられた。これによって、電極金属膜１２が、シリサイド化反応を進めるために必要な温度よりも必要以上に高温に過熱された。その結果、電極金属膜１２の酸化、およびＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との界面への炭素（Ｃ）の析出などの好ましくない反応が起こり、接触抵抗率が高くなったものと推察される。
【００７６】
＜比較例２，３＞
比較例２，３では、電極金属膜１２の温度を比較例１よりも低下させる目的で、パルスの電圧値を比較例１よりも下げて５０Ｖとし、パルス長が５０ｍｓ、５００ｍｓの単一のパルスで構成される単一パルス電流をそれぞれ電極金属膜１２に供給して熱処理すること以外は実施例１と同様にして、半導体装置を製造した。パルス長が５０ｍｓの単一のパルスで構成される単一パルス電流を電極金属膜１２に供給した場合を比較例２とし、パルス長が５００ｍｓの単一のパルスで構成される単一パルス電流を電極金属膜１２に供給した場合を比較例３とする。このときのパルス電流による投入エネルギーは、電極金属膜１２の電気抵抗を１００Ωとして、比較例２では、５０［Ｖ］×０．５［Ａ］×５０×１０-3［ｓ］×１［パルス］＝１．２５Ｊとなり、比較例３では、５０［Ｖ］×０．５［Ａ］×５００×１０-3［ｓ］×１［パルス］＝１２．５Ｊとなる。
【００７７】
比較例２で得られた半導体装置では、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率は、４０ｍΩｃｍ2であった。比較例３で得られた半導体装置では、ＳｉＣ基板１１と電極金属膜１２との接触抵抗率は、３０ｍΩｃｍ2であった。このように比較例２，３のいずれの場合も、接触抵抗率がわずかに低下する効果が得られた。
【００７８】
しかし、比較例２，３で得られた半導体装置について、電流電圧特性を測定したところ、良好な整流特性が得られなかった。その理由は、以下のように推察される。
【００７９】
比較例２，３では、パルス長が５ｍｓと実施例１よりも長いので、実施例１よりも長い期間、電極金属膜１２が熱せられた。この長時間の加熱期間において、ＳｉＣ基板１１へ散逸する熱エネルギーが大きくなり、ショットキー電極１５が過熱され、整流特性を発現させるためのショットキー界面が劣化したので、良好な整流特性が得られなかったものと推察される。
【００８０】
以上の実施例１と比較例１〜３との比較から、実施例１のように複数パルス電流を供給して電極金属膜１２を加熱することによって、ＳｉＣ基板１１に過大な熱エネルギーが加わることを防止し、半導体装置の素子部の損傷および特性の劣化を防いで、ＳｉＣ基板１１上に、電極金属膜１２から成る低抵抗のオーミック電極を形成することができることが確認された。
【符号の説明】
【００８１】
１，１Ａ  熱処理装置、１０  半導体装置、１１  ＳｉＣ基板、１２  電極金属膜、１３  ドリフト層、１４  注入領域、１５  ショットキー電極、１６  外部出力電極、１７  保護膜、１８  素子部、２０  電源装置、２１  電源部、２２  導線、２３  電流端子部、２４  抵抗監視装置、２５  電源制御装置。
【図１】
2011216816.tif 000003
【図２】
2011216816.tif 000004
【図３】
2011216816.tif 000005
【図４】
2011216816.tif 000006