(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンカーバイド基板表面に、不純物を添加したシリコン膜を形成する工程と、該シリコン膜上に金属膜を形成する工程と、加熱処理を行い、前記不純物が添加された金属シリサイド層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記シリコンカーバイド基板表面に、前記シリコンカーバイド基板と同一あるいは逆導電型の不純物添加領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２いずれか記載の半導体装置の製造方法において、前記金属膜上に高融点金属、高融点金属の窒化物、高融点金属の炭化物のいずれかを含む膜を形成した後、加熱処理を行う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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にシリコンカーバイド基板に安定で高性能なショットキー電極あるいはオーミック電極を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンカーバイドは、高温動作デバイス、大電力デバイス、あるいは耐放射線デバイスなど、厳しい環境下で動作させようとする半導体装置の材料として期待されている。
【０００３】
このようなシリコンカーバイド基板上に安定なショットキー電極を形成する場合は、ｎ型結晶に対しては金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）などを、ｐ型結晶に対しては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などをシリコンカーバイド基板上に直接被着した後、熱処理を行っていた。
【０００４】
またオーミック電極を形成する場合、ｎ型結晶に対しては、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）などを、ｐ型結晶に対しては、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムシリサイド（ＡｌＳｉ）などをシリコンカーバイド基板上に直接被着した後、熱処理を行っていた。
【０００５】
このようにシリコンカーバイド基板表面に直接金属膜を形成し、その後熱処理を行う方法では、金属とシリコンカーバイド中のシリコンとが反応し、金属シリサイド層が形成される。この金属シリサイド層は、シリコンカーバイド基板中に金属原子が侵入して形成されるが、この金属原子の侵入は、シリコンカーバイド結晶の表面状態の影響を受け、均一にならない。具体的には、表面が炭素で覆われている部分では、金属シリサイド層が形成されない。
【０００６】
そのため、シリコンカーバイド基板に金属が接触する部分と金属シリサイドが接触する部分が混在する構造となり、障壁の高さがばらつくというデバイス設計の不確定要素を含むため、好ましくない。
【０００７】
また、金属シリサイド層には、不純物が添加されていないため、シリコンカーバイド結晶に添加されている不純物を金属シリサイド層が吸収し、シリコンカーバイド基板と金属シリサイド層との界面近傍の不純物濃度が下がり、高抵抗層が形成されてしまったり、障壁の高さが変化してしまうという問題点があった。
【０００８】
一方、シリコンカーバイド基板表面に、不純物を添加しないシリコン膜と金属膜を積層形成した後、比較的低温（９００℃）で熱処理し、均一な金属シリサイド層を形成する方法が提案されている。この方法では、シリコンカーバイド基板と均一な金属シリサイド層が接触するため、障壁の高さがばらつくという問題点は解消される。しかしながら、金属シリサイド層に不純物が添加されていないため、シリコンカーバイド基板に添加されている不純物が、金属シリサイド層中に拡散してしまう。その結果、シリコンカーバイド基板と金属シリサイド層との界面近傍の不純物濃度が下がり、高抵抗層が形成されてしまったり、障壁の高さが変化してしまうという問題点を解消するものではなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のオーミック電極あるいはショットキー電極の製造方法では、均一に金属シリサイドが形成されなかったり、不純物が金属シリサイド層中に拡散してしまい、特性劣化の原因となるという問題点があった。本発明は上記問題点を解消し、特性劣化のない電極の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、シリコンカーバイド基板表面に、不純物を添加したシリコン膜を形成する工程と、該シリコン膜上に金属膜を形成する工程と、加熱処理を行い、前記不純物が添加された金属シリサイド層を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記シリコンカーバイド基板表面に、前記シリコンカーバイド基板と同一あるいは逆導電型の不純物添加領域を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２いずれか記載の半導体装置の製造方法において、前記金属膜上に高融点金属、高融点金属の窒化物、高融点金属の炭化物のいずれかを含む膜を形成した後、加熱処理を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について、ｎ型シリコンカーバイド基板上にショットキー電極を形成する場合を例にとり、製造工程に従い説明する。ｎ型のシリコンカーバイド基板１上に、二酸化シリコン等の絶縁膜２を全面に形成する。絶縁膜２上にホトレジスト３を形成し、電極形成領域が開口するようにパターニングし、ホトレジスト３をマスクとして使用し、絶縁膜２をエッチングし、シリコンカーバイド基板１を露出させる（図１）。
【００１６】
ホトレジスト３を除去した後、不純物としてリンあるいはアルミニウム（シリコンカーバイド結晶に添加された際、ｎ型あるいはｐ型の導電性を示す不純物）を１０18ａｔｏｍ／ｃｍ3以上（上限は固溶度）添加したシリコン膜４と、シリコン膜４上にニッケル膜５を全面に形成し、電極形成領域以外のシリコン膜４及びニッケル膜５を除去するため、ホトレジスト６をパターニングする（図２）。この際、シリコン膜４中に添加される不純物濃度は、シリコンカーバイド基板１の不純物濃度と同等かそれより大きく設定しておく。また、シリコン膜４とニッケル膜５の厚さは、後工程でニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）を形成するため、その厚さの比率をシリコン膜厚：ニッケル膜厚＝１：２となるように設定する。なお、不純物を添加したシリコン膜の形成は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等で不純物が添加された状態で被覆する方法であっても、不純物を添加しないシリコン膜を形成した後、イオン注入法により不純物を添加する方法であっても良い。イオン注入法で不純物を添加する方法は、不純物濃度のピークを、シリコンカーバイド基板との界面近傍に設定することができ、効果が大きい。
【００１７】
ホトレジスト６をマスクとして使用し、ニッケル膜５及びシリコン膜４の一部をエッチング除去し、電極形成領域上にニッケル膜５及びシリコン膜４を残す（図３）。
【００１８】
ホトレジスト６を除去した後、水素、あるいはアルゴン雰囲気中で８００℃以上の加熱処理を行い、ニッケルシリサイド膜７を形成する（図４）。
【００１９】
このように形成されたニッケルシリサイド膜７は、シリコンカーバイド基板１表面からシリコンが金属中に拡散することがないので、シリコンカーバイド基板表面の組成を変化させることがない。
【００２０】
ニッケルシリサイド膜中の不純物濃度は、シリコンカーバイド基板１中の不純物濃度と同程度かそれより大きく設定されているので、シリコンカーバイド基板から不純物が、ニッケルシリサイド膜中に吸い込まれるのを防止し、シリコンカーバイド基板とニッケルシリサイド膜との界面に高抵抗層が形成されることもない。
【００２１】
一方、ニッケルシリサイド膜に含まれる不純物も、シリコンカーバイド単結晶基板中に拡散するため、ショットキー接続する電極を形成する場合は、所望のバリアハイトの電極を得るため、シリコン膜中に添加される不純物の導電型、添加量等を適宜設定する必要がある。
【００２２】
具体的には、ｎ型シリコンカーバイド単結晶基板である場合、バリアハイトを下げたい場合は、リンを添加し、逆にバリアハイトを上げたい場合には、アルミニウムを添加する。不純物濃度は、オーミック接触するほど高濃度とはしないように設定され、シリコンカーバイド単結晶基板の不純物濃度に応じて、設定される。
【００２３】
ニッケルシリサイド膜が形成された後、未反応のシリコン膜、ニッケル膜のいずれか、あるいは両方が残る構造であっても良いことは言うまでもない。
【００２４】
更にニッケル膜上にタングステン膜、タンタル膜等の高融点金属膜、窒化タングステン膜、窒化タンタル膜等の高融点金属の窒化物膜、炭化タングステン膜、炭化タンタル膜等の高融点金属の炭化物膜のいずれかを形成した後、加熱処理してニッケルシリサイド膜を形成しても良い。この場合、ニッケルシリサイドが比較的低温（１３００℃）で軟化するため、軟化点以上の温度で熱処理する場合、上記膜がキャップ層を形成し、安定なニッケルシリサイドを形成することができる。同時に、ニッケルシリサイド膜中の不純物の蒸発を防止できる。
【００２５】
また、金属膜としてニッケル膜に限定されることもなく、シリコンと反応し、金属シリサイドを形成する金属であればよい。例えば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）であっても良い。
【００２６】
なお、金属シリサイドは、シリコン膜上に金属膜を形成した後、熱処理を行い形成する他、不純物を含む金属シリサイドを直接被着させる構成であっても、シリコンカーバイド単結晶基板表面の組成を変化させたり、表面の不純物濃度が減少することもなく、加熱処理して形成した膜と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
次に、ｎ型シリコンカーバイド基板上にオーミック電極を形成する場合を例にとり、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態同様、ｎ型のシリコンカーバイド基板１上に、二酸化シリコン等の絶縁膜２を全面に形成する。絶縁膜２上にホトレジスト３を形成し、電極形成領域が開口するようにパターニングし、ホトレジスト３をマスクとして使用し、絶縁膜２をエッチングし、シリコンカーバイド基板１を露出させる。その後、露出したシリコンカーバイド単結晶基板１中に、ｎ型不純物をイオン注入し、高濃度の不純物領域８を形成する（図５）。
【００２８】
ホトレジスト３を除去した後、不純物としてシリコンカーバイド基板と同一の導電型となるリンを１０20ａｔｏｍ／ｃｍ3以上（上限は固溶度）添加したシリコン膜４とニッケル膜５を全面に形成し、電極形成領域以外のシリコン膜４及びニッケル膜５を除去する。シリコン膜４とニッケル膜５の厚さは、後工程でニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）を形成するため、その厚さの比率をシリコン膜厚：ニッケル膜厚＝１：２となるように設定する。なお、先に形成した不純物領域８は、シリコン膜とニッケル膜を形成した後、シリコンカーバイド基板１中にイオン注入し、形成しても良い。
【００２９】
水素雰囲気中で８００℃以上の加熱処理を行い、ニッケルシリサイド膜７を形成する（図６）。同時に、この加熱処理によって、不純物領域８にイオン注入された不純物を活性化することができる。なお、活性化のための加熱処理を行った後、シリコン膜とニッケル膜を形成し、ニッケルシリサイド膜を形成するための加熱処理を行っても良い。
【００３０】
このように形成されたニッケルシリサイド膜７は、シリコンカーバイド基板１表面からシリコンが金属中に拡散することがないので、シリコンカーバイド基板表面の組成を変化させることがない。
【００３１】
また、ニッケルシリサイド膜中の不純物濃度は、シリコンカーバイド基板中の不純物濃度と同程度かそれより大きく設定されているので、シリコンカーバイド単結晶基板から不純物が、ニッケルシリサイド膜中に吸い込まれるのを防止する。
【００３２】
なお、シリコンカーバイド基板上にオーミック接続する電極を形成する場合は、シリコン膜中に添加される不純物は、シリコンカーバイド基板と同一の導電型を示す不純物であれば、種々変更可能である。例えば、ｎ型シリコンカーバイド単結晶基板である場合、リン、砒素、窒素を添加し、ｐ型シリコンカーバイド単結晶基板である場合には、アルミニウム、ホウ素、ガリウムを添加することができる。
【００３３】
ニッケルシリサイド膜が形成された後、未反応のシリコン膜、ニッケル膜のいずれか、あるいは両方が残る構造であっても良いことは言うまでもない。
【００３４】
更にニッケル膜上にタングステン膜、タンタル膜等の高融点金属膜、窒化タングステン膜、窒化タンタル膜等の高融点金属の窒化物膜、炭化タングステン膜、炭化タンタル膜等の高融点金属の炭化物膜のいずれかを形成した後、加熱処理してニッケルシリサイド膜を形成しても良い。この場合、ニッケルシリサイドが比較的低温（１３００℃）で軟化するため、軟化点以上の温度で熱処理する場合、上記膜がキャップ層を形成し、安定なニッケルシリサイドを形成することができる。同時に、ニッケルシリサイド膜中の不純物の蒸発を防止できる。
【００３５】
また、金属膜としてニッケル膜に限定されることもなく、シリコンと反応し、金属シリサイドを形成する膜であればよい。例えば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）であっても良い。
【００３６】
なお、金属シリサイドは、シリコン膜上に金属膜を形成した後、熱処理を行い形成する他、金属シリサイドを直接被着させる構成であっても、シリコンカーバイド単結晶基板表面の組成を変化させたり、表面の不純物濃度が減少することもない。
【００３７】
上記実施の形態では、シリコン膜を形成する前に、シリコンカーバイド単結晶基板中に、ｎ型不純物をイオン注入し、高濃度のｎ型不純物領域８を形成する場合について説明したが、不純物を添加したシリコン膜と金属膜とを熱処理し、金属シリサイド膜を形成する加熱処理の際、シリコン膜に添加された不純物が、シリコンカーバイド単結晶中に拡散し、ｎ型拡散領域を形成する構成であっても良い。
【００３８】
以上、ｎ型シリコンカーバイド単結晶基板に、ショットキー電極及びオーミック電極を形成する場合について説明を行ったが、ｐ型シリコンカーバイド単結晶基板についても、同様にショットキー電極及びオーミック電極を形成することができる。ｐ型シリコンカーバイド単結晶基板の場合も、ショットキー電極を形成する場合は、ｐ型あるいはｎ型の不純物が添加された金属シリサイドを形成し、オーミック電極を形成する場合は、ｐ型の不純物が添加された金属シリサイドを、少なくとも表面がｐ型の導電型のシリコンカーバイド単結晶基板上に形成するように構成すればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シリコンカーバイド基板表面からシリコンが電極金属中に拡散することがないので、シリコンカーバイド基板表面の組成を変化させることがない。
【００４０】
また、金属シリサイド膜中の不純物濃度は、シリコンカーバイド基板中の不純物濃度と同程度かそれより大きく設定されているので、シリコンカーバイド基板から不純物が、金属シリサイド膜中に吸い込まれるのを防止する。
【００４１】
不純物を添加した金属シリサイド膜を形成する本発明の製造方法は、非常に簡便で、歩留まり良く半導体装置を形成することができる。
【００４２】
特にオーミック電極を形成する際、金属シリサイド膜を形成する加熱処理において、同時にシリコン膜に含まれる不純物をシリコンカーバイド基板中に拡散させ、高濃度の拡散領域を形成することができ、高濃度の拡散領域を形成するための工程を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を説明する図である。
【符号の説明】
１  シリコンカーバイド基板
２  絶縁膜
３  ホトレジスト
４  シリコン膜
５  ニッケル膜
６  ホトレジスト
７  ニッケルシリサイド膜
８  不純物領域
【図１】
0003953696.tif 000002
【図２】
0003953696.tif 000003
【図３】
0003953696.tif 000004
【図４】
0003953696.tif 000005
【図５】
0003953696.tif 000006
【図６】
0003953696.tif 000007