(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
７００℃以下の融解点を有する単一金属から構成され、炭化ケイ素の露出領域に接触し、かつ１０時間以下の期間及び前記単一金属の融解点以下の温度でアニーリングされた場合ドープされた炭化ケイ素とはオーミック接触を形成しない組成を有する低融解点接点材料層を形成する工程と、
前記低融解点接点材料層と前記炭化ケイ素の露出領域とを、１０時間を超える期間及び前記低融解点接点材料層の前記単一金属の融解点以下の温度でアニーリングして、前記低融解点接点材料層と前記露出領域との間に連続的なオーミック接触を可能とする接点領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導体デバイスに電気接続を形成する方法。
【請求項２】
前記低融解点接点材料層の前記単一金属は、純アルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記アニーリングは、４００〜６６０℃の範囲の温度で、２０〜６５時間行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記アニーリングによって、アルミニウムと炭化ケイ素との合金を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記炭化ケイ素の露出領域は、ｐ型にドープされていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記アニーリングは、真空中で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記アニーリングは、希ガスを使用して行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記低融解点接点材料層の一部を除去する工程、及び前記接点領域の上に第２の低融解点接点材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの電気接続を形成する方法、特に、半導体デバイスに利用される広バンドギャップ層にオーミック接触を提供する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、よく知られており、多くの応用に広く使用される。大多数の半導体デバイスは、金属へのオーミックコンタクトのような種々の電気部品や構造をもたらすように加工処理するのが比較的容易な為、シリコンから製造される。しかしながら、シリコン半導体デバイスは、許容動作温度と電力操作能力に関し制限を有する。これらの制限を克服するために、半導体デバイスを、炭化ケイ素のような広バンドギャップ材料から製造でき、相当な高温と電力レベルで動作できる。けれども、広バンドギャップ半導体デバイスは、加工処理が複雑で、特に、広バンドギャップ層に低抵抗のオーミック接触を形成するのが困難のために、商業的大成功にはまだ至っていない。
【０００３】
広バンドギャップ層への電気接点は、広バンドギャップ層の上に直接接点材料を形成することによって、製造され得る。オーミック接触を作るには、通常広バンドギャップ層の上に直接形成された金属接点層を超高温、例えば１０００℃でさらに処理しなければならない。アルミニウムのような接点金属はこの条件にさらされると、図１に示すように、金属接点層１４は融解し玉になるか、さもなければ高バンドギャップ層から分離する傾向がある。これらの機構は、接点層１４のギャップ１８から生じる接点面積１６の変化のせいで接点の特性と再現性をひどく低下させ、従って接点の効用を制限する。図２は、ギャップ１８を有する接点層１４の平面図を示す。広バンドギャップ材料の上に直接接点を形成する上で生じる別の問題は、特に、広バンドギャップ材料の薄い層に接触を行う際のスパイクの発生である。図１に示すように、接点領域１６が広バンドギャップ材料層１２を完全に通って下の基板１０まで延長するときスパイクは電気ショートを引き起こしうる。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第４９４５３９４号明細書
【特許文献２】
米国特許第５４８５０１９号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
接点金属と広バンドギャップ材料との間の障壁層は、アニール処理中の接点材料による広バンドギャップ材料のスパイクを防ぐのに使用されている。しかしながら、これらの層のために、追加の処理工程が加わり、通常接点と広バンドギャップ材料との間の電気接続抵抗が増加する。また、接点金属と障壁層との間にオーミック接触を作るためアニール工程が必要であれば、接点金属の融解と分離の問題が依然存在し、接点の特性が低下する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下に記載される実施例では、従来の半導体加工処理を使用し、炭化ケイ素と低融解点材料との間に一様なオーミック電気接触を形成できる加工処理によって、上記の問題を克服できる。従来技術より長時間の、より低温のアニール、及び、より少ない処理段階を使用してオーミック接触を形成できる。
【０００７】
一組の実施例では、半導体デバイスは接点面積を有する炭化ケイ素領域を含むことができる。特定の一実施例では、該炭化ケイ素領域はｐ型炭化ケイ素からなってよい。該接点面積は、接点面積全体にわたって一様で連続な接点領域からなってよい。該接点領域は、アルミニウムと炭化ケイ素との合金からなることができる。低融解点接点材料は、該接点領域と直接かつ連続に接触してよい。該低融解点接点材料は、約７００℃以下の融解点を有してよい。該接点材料と炭化ケイ素領域との間の電気接触は、オーミックであってよい。
【０００８】
別の一組の実施例では、半導体デバイスに電気接続を形成するための加工処理は、炭化ケイ素を含む露出領域の形成を含むことができる。該加工処理はまた、該露出領域に接触する単一金属含有層の形成を含むことができる。該単一金属含有層は、５時間以下かつ該単一金属含有層内の材料の融解点以下の温度でアニールされた場合、ドープされた炭化ケイ素とのオーミック接触を形成しない組成からなってよい。該加工処理は更に、連続なオーミック接触領域が該単一金属含有層と該炭化ケイ素との間に形成されるまでの、該単一金属含有層と該露出領域のアニーリングを含んでよい。
【０００９】
別の一組の実施例では、半導体デバイスに電気接続を形成するための加工処理は、炭化ケイ素を含む露出領域の形成を含むことができる。該加工処理はまた、該露出領域に接触する単一金属含有層の形成を含むことができる。該加工処理は更に、約１０時間以上かつ約３００℃以上の温度での該単一金属含有層と該露出領域のアニーリングを含んでよい。
【００１０】
前述した概説及び後述する詳細な説明は、例と説明のみを目的とするものであり、クレームに記載の発明を限定するものではない。
【００１１】
当業者は、図中の構成要素は簡単と明瞭のために図示したものであり、必ずしも縮尺で描いたものではないことを理解する。例えば、図中の幾つかの構成要素の寸法は、本発明の実施例の理解の改善を助けるために、他の構成要素に対して誇張して描いている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付図面に示す発明の実施例を詳述する。可能な場合は、図面全体にわたり同一参照番号は使用され、同一あるいは類似部品（構成要素）を指すものとする。
【００１３】
以下に、低融解点接点材料層としての接点層と炭化ケイ素層との間に、接点領域としてのオーミック電気接触を形成することによって、低融解点接点材料層及び接点領域のみからなる電気接続構造を形成する方法を概説する。非オーミック接触は、接点層内の材料の融解点以下の温度で、アニールされてよい。アニーリングは、２時間以上要してよい。オーミック接触領域は、連続であり得て、融解したり、玉になったり、剥がれたりすること、或いは、他の破壊機構による不連続を有してはいけない。
【００１４】
図３は、広バンドギャップ半導体材料３２の上に形成された接点層３４と下にある基板３０を示す。接点層３４は、約７００℃以下の融解点を有する低融解点材料、例えばアルミニウム、亜鉛などからなってよい。接点層３４は、純材料からなることも、又は不純物を有する材料からなることもできる。接点層３４の不純物は、接点層３４の１０重量パーセント以下を構成してよい。接点層３４は、スパッタリング、化学蒸着、或いは別の従来の蒸着処理を介して形成でき、通常、下にある広バンドギャップ半導体材料３２の厚さの約２０％の厚さまで蒸着されてよい。接点層３４は、蒸着直後に、アニールを行う前には広バンドギャップ半導体材料３２への整流接続、ないしは非オーミック接触を形成できる。
【００１５】
広バンドギャップ半導体材料３２は、約２電子ボルト以上のバンドギャップを有する任意の半導体、例えば炭化ケイ素であってよい。広バンドギャップ半導体材料３２は、ｐ型のドーパント、例えばボロン、アルミニウム、或いは別の類似のドーパントを含んでよい。広バンドギャップ半導体の厚さは、所望の最終生成物の仕様が要求する任意の厚さであってよいが、通常は約０．１〜１００ミクロンの範囲内にあり、より一般には約０．１〜４ミクロンの範囲にある。材料３２は、トランジスタのベースになりうる。接点層３４と広バンドギャップ半導体３２とは、接点層３４が形成される面積全体にわたり直接かつ連続に接触してよい。
【００１６】
下にある基板３０の部分は、広バンドギャップ半導体材料を含んでよい。より詳細には、下にある基板３０は、炭化ケイ素を含んでよいし、層３２のドーパントの導電型と反対の導電型を有するドーパントを含んでよく、ＰＮ接合、或いはそれと類似の接合を基板３０と層３２との間に形成してよい。層３０は、トランジスタのコレクタになりうる。
【００１７】
接点層３４は、広バンドギャップ半導体材料３２をエッチングする間、マスクとして使用される。図４に示すように、接点層３４を、従来の乾式または湿式の方法を用いてパターン化しエッチングし、下にある材料を露出させることができる。接点層３４を、普通のエッチング液、例えばリン酸あるいは他の似たような反応性化学物質を使用してエッチングする。例えば、四フッ化炭素、六フッ化硫黄、あるいは他の似たような反応性化学物質を使用した反応性イオンエッチングのような普通の方法を用いて、広バンドギャップ半導体材料３２に特徴をエッチングしてよい。この特定の実施例では、接点層３４の残りの部分は通常、材料３２の接点面積を定める。
【００１８】
接点層３４と広バンドギャップ半導体材料３２をアニールし、図５に示すように、接点領域５０を形成できる。アニーリングは、接点層３４の融解点より低い温度、例えば約７００℃以下、通常約４００〜６６０℃の範囲で行われる。アニーリングは、接点層３４と広バンドギャップ半導体材料３２を、オーミック性を有する接点領域５０を生成するのに十分な時間の間、所定のアニーリング温度に保つことによって達成される。例えば、その時間の長さは、約１０時間以上であってよく、通常約２５〜６０時間の範囲にあってよい。アニーリングは、アルゴンのような不活性ガスまたは希ガスからなる雰囲気中、或いは、真空中で行われる。
【００１９】
接点領域５０は、接点層３４と広バンドギャップ半導体材料３２との合金からなることができ、図５に示すように、材料３２と接点層３４との間にオーミック接触を形成できる。図１と比較する。図１では、接点層１４は、接点層１４の融解点以上の温度でアニールすると玉になったり、融解したり、剥がれたりしてしまう。図１と違って、図５に示すような実施例の接点領域５０は、連続になり得て、アニーリングの間に、剥がれたり、玉になったり、融解したりすること、或いは、接点層３４に悪影響を及ぼしうる他の機構による著しい不連続４０が存在し得ない。加えて、接点領域５０は、広バンドギャップ材料層３２を完全に通って下の層３０まで延長し得ず、電気ショートを引き起こし得ない。
【００２０】
図６に示すように、絶縁材料６０が、露出接点領域５０と、広バンドギャップ半導体３２と、接点層３４の上に形成される。絶縁材料６０は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、或いは別の似た絶縁材料のような絶縁体からなってよい。絶縁材料６０は、スパッタ蒸着、或いは化学蒸着を含む従来の処理を用いて形成できる。絶縁材料６０は、接点層３４より厚く蒸着されてよく、通常約０．５〜２０ミクロンの間の厚さであってよい。図７に示すように、絶縁材料６０の部分を除去して、接点層３４の下側部分を露出させる。絶縁材料は、フッ化水素酸または別の似たエッチング液を使用しながら普通のエッチング処理を介して除去される。研磨のような機械的除去を採用して、図８に示すような平面構造を形成してよい。
【００２１】
リン酸あるいは他の似たエッチング液を使用しながらエッチングすることにより、図９に示すように、接点層３４を完全に除去して、接点領域５０を露出させてよい。図１０に示す第２の接点層１００が、開口９０内に接点領域５０と接して、少なくとも部分的に形成される。第２の接点層１００は、第１の接点層と同じ材料からなってよく、炭化ケイ素領域３２へのオーミック電気接触を形成できる。第２の接点層１００は、スパッタリング、或いは他の通常の蒸着法を介して形成でき、約０．５〜２０ミクロンの範囲の厚さを有し得る。
【００２２】
例えば、ダイオードまたはトランジスタのような完全な電気デバイスは、ワイヤ、リード、あるいは他の似たような装置（図示せず）を露出接点層３４の部分に接続することにより形成される。例えば、エミッタ領域（図示せず）は、材料３２の一部から、或いはその上に形成され得よう。ワイヤ、リード、あるいは他の似たような装置（図示せず）は、露出接点層３４の部分に接合、或いはハンダ付け、或いは電気的に接続され得る。
【００２３】
【発明の効果】
よって、製造されたデバイスは、連続接点領域により、より低い接点抵抗を示す。より低い接点抵抗は、より速い、より効率的で確実なデバイス動作をもたらし得る。また、これらのデバイスの製造コストも、一様な接点領域により達成し得るより高い再現性と歩留まりのため下げ得る。よって、製造されたデバイスは、スパイクの発生を防ぐべき障壁層あるいは厚い半導体層を要しない。
【００２４】
以上に、特定の実施例を参照して発明を説明したけれど、当業者は本明細書を読んで、請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱せずに種々の修正と変更が可能であることを理解する。よって、明細書及び図は、限定的な意味ではなく例示的な意味で取るべきで、斯かる全ての修正は、本発明の範囲内に含まれるものとする。
【００２５】
利益、他の利点、及び問題の解決策を、以上に特定の実施例について説明した。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、及び、何れの利益、利点、解決策をもたらす、或いはより際立たせる如何なる要素も、何れの、或いは全ての請求項の決定的な、或いは必要な、或いは必須の特徴・要素として解すべきではない。
【００２６】
ここに使用した用語「〜からなる」「〜を含む」「〜を有する」或いはそれらの如何なる変形も、非排他的に含有することを意味するものとする。例えば、列挙した要素からなる処理、方法、物品、或いは装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるのではなく、斯かる処理、方法、物品、或いは装置に固有でない、或いは明確に列挙されない他の要素を含み得る。さらに、反対のことであると明白に述べない限り、「又は」「或いは」は包括的な「又は」「或いは」を意味し、排他的な「又は」「或いは」を意味するものではない。一例挙げると、条件Ａ又はＢは、次のいずれか一つによって満足される。即ち、Ａは正しい（有）かつBは誤り（無）の場合と、Ａは誤り（無）かつＢは正しい（有）の場合と、ＡとＢの両方が正しい（有）の場合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は高温アニールによって接点層が融解して接点領域に不連続が生じた従来技術の接点の一部の断面図の図示を含む。
【図２】図２は図１の従来技術の接点の一部の平面図の図示を含む。
【図３】図３は接点層と広バンドギャップ半導体材料との間の接点の一部の断面図の図示を含む。
【図４】図４は接点層をエッチングした後の図３の材料の一部の断面図の図示を含む。
【図５】図５はアニーリングによって接点層と広バンドギャップ半導体との間に接点領域を形成した後の図４の材料の一部の断面図の図示を含む。
【図６】図６は広バンドギャップ半導体材料と接点層の上に絶縁層を形成した後の図５の材料の一部の断面図の図示を含む。
【図７】図７は絶縁層の一部をエッチングして接点層の部分を露出させた後の図６の材料の断面図の拡大図を含む。
【図８】図８は絶縁層の部分を除去して接点領域を露出させた後の図７の材料の一部の断面図の図示を含む。
【図９】図９は接点層除去後の図８のデバイスの一部の断面図の図示を含む。
【図１０】図１０は第２の接点層形成後の図９のデバイスの一部の断面図の図示を含む。
【符号の説明】
１０  基板
１２  広バンドギャップ材料
１４  接点層
１６  接点領域
１８  ギャップ
３０  基板
３２  広バンドギャップ半導体材料
３４  接点層
５０  接点領域
６０  絶縁材料
９０  開口
１００  第２の接点層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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