(57)【要約】【課題】シリコンカーバイド基板上、もしくはシリコンカーバイド基板上に設けられたシリコンカーバイド基板と同じ導電型の半導体層上部に、特性の良い薄い不純物ドープ層を設け、不純物ドープ層の上に、容易にオーミック電極を形成する半導体装置製造方法を提供する。【解決手段】第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上面、もしくは第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上に設けられた第１導電型の半導体層上面から不純物をレーザードーピングして、第２導電型の不純物ドープ層を形成し、不純物をレーザードーピングしたことにより乱れた結晶構造を改善する程度の温度で前記不純物ドープ層を熱処理し、不純物ドープ層上の所定の位置に所定の大きさの金属薄膜を設け、金属薄膜上面からレーザーを照射してオーミック電極を形成する。【選択図】      図１
2004158702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上、もしくは第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上に設けられた第１導電型の半導体層上に、第２導電型の不純物ドープ層を形成するステップと、
前記不純物ドープ層上の所定の位置に所定の大きさの金属薄膜を設け、金属薄膜上面からレーザーを照射してオーミック電極を形成するステップとを備える、
半導体装置製造方法。
【請求項２】
第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上、もしくは第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上に設けられた第１導電型の半導体層上に、第２導電型の不純物ドープ層を形成するステップと、
前記不純物ドープ層上の所定の位置の所定の大きさの金属薄膜を設け、金属薄膜を熱処理してオーミック電極を形成するステップとを備え、
前記オーミック電極下部の前記不純物ドープ層の厚みは、他の不純物ドープ層と比較して、前記熱処理に耐え得る程度に厚いことを特徴とする、
半導体装置製造方法。
【請求項３】
第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上面、もしくは第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上に設けられた第１導電型の半導体層上面から不純物をレーザードーピングして、第２導電型の不純物ドープ層を形成するステップと、
不純物をレーザードーピングしたことにより乱れた結晶構造を改善する程度の温度で前記不純物ドープ層を熱処理するステップとを備える、
半導体装置製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置製造方法であって、
前記第２導電型とはｐ型であり、前記不純物は３Ｂ族元素の金属であることを特徴とする半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定の波長の紫外線光を検出する紫外線センサとして半導体材料のセンサが用いられる場合がある。
このような紫外線センサは、例えば、シリコンカーバイド基板上にｐｎ接合を形成する層、また、ｐｎ接合を形成する層の上部と、シリコンカーバイド基板下部とに設けられたオーミック電極を備えている。そして、ｐｎ接合を形成する層の上方から所定の波長の紫外線光（シリコンカーバイドのバンドギャップに相当する波長よりも短波長で所定の波長領域の紫外線光）が光検出領域に照射されると、オーミック電極間に電圧が発生する。これにより、所定の波長の紫外線光が照射されたことを検出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、シリコンカーバイド基板上にｐｎ接合を形成する層を設けるには、例えば、ｎ型のエピタキシャル層が設けられているｎ型のシリコンカーバイド基板上のｎ型のエピタキシャル層を形成し、ｎ型のエピタキシャル層上面に、不純物（Ａｌ等）をドーピングした薄い不純物ドープ層を形成する。不純物ドープ層はｐ型層として機能し、これにより、ｎ型層とｐ型層の間でｐｎ接合を形成する。ｎ型層に不純物をドーピングする際、一般的には、イオン注入法や結晶成長法が用いられている。
また、不純物ドープ層上部にオーミック電極を形成する際には、不純物ドープ層上面の所定の位置に所定の大きさの金属薄膜を蒸着した後に熱処理を施している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−６７８０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ｎ型層上に不純物をドーピングする場合、一般的には、不純物をドーピングした後の結晶構造の改善とドーピングした不純物の活性化のために、熱処理を施している。不純物をドーピングする際にイオン注入法や結晶成長法を用いると、不純物ドープ層を形成した後に比較的高温で熱処理を施す必要がある。例えば、イオン注入法では１６００〜１７００℃程度の高温で熱処理を施している。
しかしながら、このように、高温で熱処理を施すことにより、不純物ドープ層の表面が荒れて不純物の分布が乱れることがあった。これにより、逆方向漏れ電流が増加する等、デバイスの使用上種々の不具合が発生する可能性があった。
【０００６】
また、薄い不純物ドープ層上部にオーミック電極を形成する際、金属薄膜を蒸着して熱処理を施す時に、金属薄膜の成分が不純物ドープ層に浸透して不純物ドープ層を突き抜けてしまう場合があった。
そこで、本発明は、シリコンカーバイド基板上、もしくはシリコンカーバイド基板上に設けられたシリコンカーバイド基板と同じ導電型の半導体層上部に、特性の良い薄い不純物ドープ層を設け、不純物ドープ層の上に、容易にオーミック電極を形成する半導体装置製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの半導体装置製造方法である。
請求項１に記載の半導体装置製造方法では、第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上、もしくは第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上に設けられた第１導電型の半導体層上に、第２導電型の不純物ドープ層を形成するステップと、前記不純物ドープ層上の所定の位置に所定の大きさの金属薄膜を設け、金属薄膜上面からレーザーを照射してオーミック電極を形成するステップとを備えている。
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの半導体装置製造方法である。
請求項２に記載の半導体装置製造方法は、第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上、もしくは第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上に設けられた第１導電型の半導体層上に、第２導電型の不純物ドープ層を形成するステップと、前記不純物ドープ層上の所定の位置の所定の大きさの金属薄膜を設け、金属薄膜を熱処理してオーミック電極を形成するステップとを備え、前記オーミック電極下部の前記不純物ドープ層の厚みは、オーミック電極を形成する際の熱処理に耐え得る程度に、他の不純物ドープ層と比較して厚い。
なお、第１導電型、第２導電型は、一方がｎ型、他方がｐ型であり、いずれでもよい。
請求項１及び２に記載の半導体装置製造方法によれば、シリコンカーバイド基板上、もしくはシリコンカーバイド基板上に設けられたシリコンカーバイド基板と同じ導電型の半導体層上部に設けられた薄い不純物ドープ層の上に、容易にオーミック電極を形成することができる。
【０００８】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの半導体装置製造方法である。
請求項３に記載の半導体装置製造方法は、第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上、もしくは第１導電型の４Ｈ−ＳｉＣ基板上に設けられた第１導電型の半導体層上に、第２導電型の不純物ドープ層を形成するステップと、不純物をレーザードーピングしたことにより乱れた結晶構造を改善して不純物を活性化する程度の温度で前記不純物ドープ層を熱処理するステップとを備えている。
ここで、一般的に、不純物をドーピングした後は、ドーピングした事により乱れた結晶構造を改善して不純物を活性化させるために、熱処理を施している。ドーピングをイオン注入法で行うと、１６００〜１７００℃の熱処理が必要である。しかし、第３発明のように、ドーピングをレーザードーピング法で行うと、１０００〜１２００℃の熱処理で十分である。これは、レーザードーピング法でドーピングした不純物は、熱処理をしなくても一部は既に活性化していることに起因する。
請求項３に記載の半導体装置製造方法によれば、シリコンカーバイド基板上、もしくはシリコンカーバイド基板上に設けられたシリコンカーバイド基板と同じ導電型の半導体層上部に、特性の良い薄い不純物ドープ層を設けることができる。
【０００９】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの半導体装置製造方法である。
請求項４に記載の半導体装置製造方法では、前記第２導電型がｐ型であり、前記不純物が３Ｂ族元素の金属であることを特徴としている。
請求項４に記載の半導体製造方法によれば、ｎ型シリコンカーバイド基板を用いて特性のよい半導体装置を製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。第１及び第２の実施の形態では、本発明の半導体製造方法を所定の波長の紫外線（３０８ｎｍ付近）を検出する紫外線センサ１を製造する方法として適用する場合について説明する。
まず、ボイラ等の最適燃焼状態を紫外線センサ１を用いて監視する原理について説明する。
ボイラで重油、石炭等を燃焼させると、燃焼排気ガスには不完全燃焼によって発生したＯＨ−（水酸基）が含まれる。ＯＨ−は、排気ガスに含まれるＯ（酸素）に関する情報を含んでいるので、ＯＨ−を検出することで燃料が最適に燃焼するための酸素量の過不足状態を判別することができる。
ところで、ＯＨ−は、燃焼させた時、紫外線領域の３０８ｎｍ付近の波長で発光する。そこで、ＯＨ−を検出するために、以下の条件▲１▼、▲２▼を満たす紫外線センサが有用である。
条件▲１▼明るい環境下でも測定可能であるように、可視光領域の光には反応せず、紫外線領域の波長３０８ｎｍ付近の光に反応する。
条件▲２▼重油や石炭が燃焼している付近に設置するので耐熱温度が最低４００℃である。
【００１１】
そこで、基板の材料はＳｉＣを用いる。一般的に、ＳｉＣ基板はＳｉ基板と比較して耐熱性に優れているため、Ｓｉ基板では動作上限温度が１５０℃程度であるが、ＳｉＣ基板では動作上限温度は４００〜５００℃程度である。このため、例えば、ボイラ等の最適燃焼状態を監視するために高温下で紫外線センサ１を用いる場合、ＳｉＣ基板を用いることが有効であり、上記条件▲２▼を満たすことができる。
【００１２】
また、基板の材料としてＳｉＣの中でも４Ｈ−ＳｉＣのバンドギャップは、３．２ｅＶであり、紫外線領域の波長２８０〜３２０ｎｍの光に反応する。このため、この範囲の波長の紫外線光が照射された際には、紫外線センサ１に設けられたｐｎ接合の光励起により電子とホールが発生し、電子はｎ領域に、ホールはｐ領域に分離される。そして、ｎ領域は負に、ｐ領域は正に帯電し、それぞれに設けられたオーミック電極間に電位差が発生する。この電位差を検出することで、ＯＨ−を検出することができるので、上記条件▲１▼を満たすことができる。そこで、上記条件▲１▼及び▲２▼を両方満たす紫外線センサを構成するためには、４Ｈ−ＳｉＣ基板を選択することが適切である。
【００１３】
◆第１の実施の形態（電極用の金属薄膜蒸着後、レーザー照射を行う。）
まず、第１の実施の形態の紫外線センサ１の構成について、図１を用いて説明する。
例えば、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板６０の上部にはｎ型層５０が設けられている。ｎ型層５０の上部には薄い（１００ｎｍ（±５０ｎｍ））ｐ型層３０が設けられている。ｐ型層３０の上面の一部にはＴｉ／Ａｌ薄膜の上部オーミック電極１０が設けられている。ｐ型層３０の上面で上部オーミック電極１０が設けられていない領域は、光を透過する絶縁膜２０で覆われている。また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板６０の下部には、例えば、Ｎｉ薄膜の下部オーミック電極７０が設けられている。紫外線光を照射した時の光検出領域Ａ、Ｂは、ｐ型層３０上で、上部オーミック電極１０が形成されている部分を除外した絶縁膜２０が設けられている領域である。
【００１４】
次に、上記構成の紫外線センサ１の製造方法で、本発明の特徴である製造方法について詳細を説明する。
・手順（１）ｎ型層５０上部に、例えば、Ａｌをレーザードーピングして、ｐ型層３０（厚み１００ｎｍ±ｎｍ）を形成する。
レーザードーピングは、図３に示すようなドーピング装置８０を用いて行う。ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板（図３に示す試料８３）を水素で希釈されたトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ；濃度４５０ｐｐｍ、ガス圧１００Ｔｏｒｒ（１〜２００Ｔｏｒｒ可、好ましくは１００Ｔｏｒｒ））雰囲気中の試料ステージ８２に設置する。そして、ＫｒＦエキシマレーザー装置８４を用いて、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ）を試料８３表面に照射（エネルギー密度０．６〜１．０Ｊ、照射パルス数２０００〜８０００パルス）して、Ａｌをドープする。図４は、横軸に試料８３の表面からの深さ［ｎｍ］、縦軸にＡｌの濃度［／ｃｍ３］を示すＡｌドーピング後のＡｌの濃度特性を示す。
【００１５】
・手順（２）次に、１０００〜１２００℃でｐ型層３０の表面を熱処理する。
このような熱処理を施すことで、不純物をドーピングすることにより乱れた結晶構造を改善できる。これにより、例えば、紫外線センサ１として用いた時の逆方向漏れ電流を減少させ、順方向電流の立ち上がり特性を改善する。また、ドーピングした不純物を活性化する。これにより、微弱光を検出することができ、紫外線センサの感度を上昇させ、よい特性を得ることができる。
ｐ型層３０を形成した後に施す熱処理は、不純物のドーピングをイオン注入法で行った場合には１６００〜１７００℃、結晶成長法で行った場合には２５００℃程度の温度が必要である。
本発明の半導体装置製造方法によれば、レーザードーピングで不純物をドーピングしてｐ型層３０を形成した後、比較的低温の１０００〜１２００℃で熱処理を施せばよい。比較的低温で熱処理を施すので、ｐ型層３０の表面が荒れて不純物の分布が乱れる可能性が低い。また、空乏層４０で効率良く所定の波長の紫外線光を吸収させるためには、ｐ型層３０は薄くしておく必要がある（１００ｎｍ±５０ｎｍ）が、本発明の方法によって、薄くて特性の良いｐ型層３０を形成することができる。
【００１６】
・手順（３）次に、ｐ型層３０上に、Ｔｉ／Ａｌオーミック電極１０を形成する。
まず、オーミック電極１０を形成するｐ型層３０上にＴｉ薄膜（５〜３０ｎｍ，１０ｎｍが望ましい。）を蒸着する。
次に、Ｔｉ薄膜上にＡｌ薄膜（２００ｎｍ±１００ｎｍ）を蒸着する。
そして、エネルギー密度０．４〜０．８Ｊ／ｃｍ２、繰り返し周波数１〜１０Ｈｚ、照射パルス数１〜１００の条件でＫｒＦエキシマレーザーを照射することで金属薄膜と４Ｈ−ＳｉＣ基板の間に合金層を形成し、オーミック電極を形成する。
このようにして、ｐ型層３０上に形成した金属薄膜を、従来のように熱処理することなくレーザーを照射することで、金属薄膜の成分がｐ型層３０まで浸透する可能性が低く、容易にオーミック電極１０を形成することができる。
【００１７】
◆第２の実施の形態（電極用の金属薄膜蒸着後、熱処理を行う。）
次に、第２の実施の形態の紫外線センサ１ａの構成について、図２を用いて説明する。
例えば、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板６０の上部にはｎ型層５０が設けられている。ｎ型層５０の上部には薄いｐ型層３０ａが設けられている。ｐ型層３０ａの上面の一部にはＴｉ／Ａｌ薄膜の上部オーミック電極１０が設けられている。ｐ型層３０ａの上面で上部オーミック電極１０が設けられていない領域は、光を透過する絶縁膜２０ａで覆われている。また、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板６０の下部には、例えば、Ｎｉ薄膜の下部オーミック電極７０が設けられている。紫外線光を照射した時の光検出領域Ａ、Ｂは、ｐ型層３０ａ上で、上部オーミック電極１０が形成されている部分を除外した絶縁膜２０ａが設けられている領域である。
第１の実施の形態との構成上の相違点は、第２の実施の形態では、オーミック電極１０が上部に形成されていない領域のｐ型層３０ａの厚みｄ１は１００ｎｍ（±５０ｎｍ）、オーミック電極１０が上部に形成されている領域のｐ型層３０ａの厚みｄ２は２００ｎｍ〜２５０ｎｍである点である。すなわち、オーミック電極１０の下のｐ型層３０ａの厚みは、他の領域と比較して厚くなっている。
また、絶縁膜２０ａの形状は、突出した状態で形成されているオーミック電極１０の側部を被う形状となっている。
【００１８】
第２の実施の形態の紫外線センサ１ａの製造方法で、本発明の特徴である製造方法について詳細を説明する。
・手順（１）’ｎ型層５０上部には、ｐ型層３０ａを形成するために、例えば、不純物としてＡｌを、イオン注入法を用いてｎ型層５０の表面から２００ｎｍ〜２５０ｎｍドーピングする。
・手順（２）’次に、１６００℃でｐ型層３０ａの表面を熱処理する。
・手順（３）’次に、ｐ型層３０ａの所定の位置に所定の位置にオーミック電極１０を形成する。まず、オーミック電極１０を形成するｐ型層３０上にＴｉ薄膜（５〜３０ｎｍ，１０ｎｍが望ましい。）を蒸着する。次に、Ｔｉ薄膜上にＡｌ薄膜（２００ｎｍ±１００ｎｍ）を蒸着する。そして、形成した金属薄膜を熱処理（約１０００℃）することでｐ型層３０ａ上に、Ｔｉ／Ａｌオーミック電極１０を形成する。
・手順（４）そして、ｐ型層３０ａ上面の、手順（３）’で形成したオーミック電極１０の部分をマスキングをして、他の部分をイオンスパッタ等によりエッチングして薄くする（厚み１００ｎｍ（±５０ｎｍ））。
このように、オーミック電極１０を形成する際に、手順（３）’でｐ型層３０ａ上に形成した金属薄膜を熱処理しても、電極下のｐ型層３０ａは部分的に厚く形成されているので、金属薄膜の成分がｐ型層３０ａまで浸透する可能性が低く、容易にオーミック電極１０を形成することができる。また、オーミック電極１０が形成されていない部分は、手順（４）で薄くするので、光検出領域Ａ、Ｂではｐ型層３０ａは薄く、デバイスの紫外線光の感度には影響を及ぼさない。
【００１９】
◆紫外線センサ１の動作
このように構成された第１及び第２の実施の形態の紫外線センサ１、１ａの動作を説明する。
図１に示す紫外線センサ１のｎ型層５０とｐ型層３０の間には、ｐｎ接合が形成されていて、ｐ型層３０のホールとｎ型層５０の電子の電荷が打ち消しあった状態で存在している空乏層４０が存在している。そこで、例えば、光検出領域Ａ、Ｂに、紫外線領域の波長３０８ｎｍ付近の光（ＯＨ−が燃焼した時に発する光の波長）が照射されると、空乏層４０の電子とホールは、光励起により電子はｎ領域（ｎ型層５０）に、ホールはｐ領域（ｐ型層３０）に分離される。そして、ｎ型層５０は負に、ｐ型層３０は正に帯電し、それぞれに設けられたオーミック電極間に電位差が発生する。この電位差を検出することで、ＯＨ−を検出することができる。
図５に示すように、第１の実施の形態のような、４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いた紫外線センサ１の受光する紫外線の波長に対する感度は、３００ｎｍ付近がピークとなる。これにより、波長３０８ｎｍ付近の光を十分に検出することができる。
【００２０】
本発明の半導体装置製造方法は、本実施の形態で説明した構成、外観、接続、用途、動作等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
第１及び第２の実施の形態では、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板６０上に、ｎ型層５０がある場合について説明したが、ｎ型層５０はなくてもよい。
第１、第２の実施の形態では、不純物としてＡｌをドープしたが、Ａｌではなくてもよい。例えば、４Ｈ−ＳｉＣ基板がｎ型の場合には、Ａｌ以外の３Ｂ属の元素（例えば、Ｂ）であればよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２に記載の半導体製造方法によれば、シリコンカーバイド基板上、もしくはシリコンカーバイド基板上に設けられたシリコンカーバイド基板と同じ導電型の半導体層上部に設けられた薄い不純物ドープ層の上に、容易にオーミック電極を形成することができる。
また、請求項３に記載の半導体製造方法によれば、シリコンカーバイド基板上、もしくはシリコンカーバイド基板上に設けられたシリコンカーバイド基板と同じ導電型の半導体層上部に、特性の良い薄い不純物ドープ層を設けることができる。
また、請求項４に記載の半導体製造方法によれば、ｎ型シリコンカーバイド基板を用いて特性のよい半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１に実施の形態の紫外線センサ１の構成を説明する概略図である。
【図２】本発明の第２に実施の形態の紫外線センサ１ａの構成を説明する概略図である。
【図３】レーザードーピング装置８０の概略説明図である。
【図４】不純物としてＡｌをドーピングした後の、表面からの深さに対するドーピングされたＡｌの濃度を示すグラフである。
【図５】紫外線センサ１、１ａに照射する紫外線光に対応する紫外線センサ１、１ａの感度を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１ａ          紫外線センサ
１０              上部オーミック電極
２０、２０ａ      絶縁膜
３０、３０ａ      ｐ型層
４０              空乏層
５０              ｎ型層
６０              ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板
７０              下部オーミック電極
８０              レーザードーピング装置
Ａ、Ｂ            光検出領域
【図１】
2004158702.tif 000003
【図２】
2004158702.tif 000004
【図３】
2004158702.tif 000005
【図４】
2004158702.tif 000006
【図５】
2004158702.tif 000007