(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コバルトとアルミニウムとの合金からなるｐ型ＳｉＣ用電極。
【請求項２】
ｐ型ＳｉＣを洗浄するステップと、
前記ｐ型ＳｉＣ上に、コバルトからなる第１層とアルミニウムからなる第２層とコバルトからなる第３層とを形成するステップと、
真空状態において８００〜１０００℃で加熱処理するステップと、を含むｐ型ＳｉＣ用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はシリコンカーバイド(SiC)素子に関する。詳しくは、SiC素子に用いられる、p型SiC用電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンカーバイド(SiC)は、高周波電力デバイス、高温デバイス、オプトエレクトロニクスデバイスへの適用が期待されており、実用化に向けた研究が進められている。SiC素子用のp型電極、即ちp型SiCに対するオーミック電極としては、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)を用いたもの（TiAl）が一般的である（特開平５−１３８１２号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、素子ではオーミック電極を必要とする場合が多い。ところが、化合物半導体を用いた素子では、一般的に熱処理を経ることなく半導体材料層と電極との間のオーミック接合が得られず、即ち、単に金属層を形成した場合にはショットキを帯びることとなる。また、熱処理によるオーミック接合においては半導体材料、電極材料、熱処理温度、熱処理時間などにより、得られるコンタクト抵抗は大きく異なる。
現在、p型SiCに対する低抵抗オーミック・コンタクト材として期待されるTi/Alはかなりの低抵抗化が実現できているものの、低抵抗化のためには大量のAlに加えて高い熱処理温度で長時間を必要とし、表面モホロジーの悪化、半導体結晶層への熱的損傷による素子機能、素子寿命の低下などの問題が指摘されていた。本発明は以上の課題を解決すべくなされたものであり、表面モホロジーが良好で、電極の形成に伴う半導体結晶層への熱的損傷が少ないp型SiC用電極を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねたところ、以下の発明を見出すに至った。
ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、及びプラチナ(Pt)の中から選択される少なくとも一種からなる第１の電極材料を含んでなる、ｐ型SiC用電極である。
【０００５】
以上の構成のp型SiC電極によれば、従来よりも低温の熱処理工程によりオーム性を得ることができ、電極表面の平坦性が向上する。また、広い熱処理範囲でオーム性を得ることができ、高温においても短時間で達成することができる。その結果、電極形成に伴う半導体結晶層への熱的影響を小さくできる。したがって、本発明のp型SiC用電極を用いれば、素子特性の優れたSiC素子を作製することが可能となる。
【０００６】
本発明においてp型SiC用電極とは、p型のSiC半導体層上に形成される電極をいう。本発明のp型SiC用電極が適用されるp型SiC半導体の型は特に限定されず、後述の実施例で使用される4H型の他、6H型、15R型、21R型、3C型等を含む。また、本発明のp型SiC用電極が適用される素子の種類も特に限定されず、高周波電力デバイス、高温デバイス、オプトエレクトロニクスデバイス等に使用される各種素子に適用可能である。
【０００７】
第１の電極材料としては、比較的低温でSiと反応する観点からニッケル、又はコバルトを用いることが特に好ましい。
【０００８】
本発明のp型SiC用電極は、第１の電極材料に加えて、アルミニウム(Al)からなる第２の電極材料を更に含んでいることが好ましい。アルミニウムを含有させることによりコンタクト抵抗率の減少が図られ、オーミック性のより良好なp型SiC用電極を構成できる。
【０００９】
本発明のｐ型SiC用電極は、チタン(Ti)からなる第３の電極材料を更に含んでいることが好ましい。即ち、ニッケル等の第１の電極材料、アルミニウムからなる第２の電極材料、チタンからなる第３の電極材料を含有して構成することが好ましい。このようにチタンからなる第３の電極材料を含有させれば、さらなるコンタクト抵抗率の減少が図られる。
【００１０】
本発明のp型SiC用電極は、第１の電極材料からなる層（以下、「第１電極材料層」という）を備えていることが好ましく、当該第１電極材料層がp型SiC半導体層に接して形成されることがさらに好ましい。例えば、p型SiC半導体層上に第１の電極材料からなる層を形成し、続いて他の電極材料からなる層を積層し、これらを熱処理することにより本発明のp型SiC用電極を形成することができる。
【００１１】
本発明のp型SiC用電極が、第１の電極材料に加えて第２の電極材料を含有している態様では、第１電極材料層と第２の電極材料からなる層（以下、「第２電極材料層」という）を備えていることが好ましい。換言すれば、製造工程において、第１の電極材料層と第２の電極材料層が形成されることが好ましい。第１電極材料層と第２電極材料層の積層順序は特に限定されないが、p型SiC半導体層側から順に第１電極材料層、第２電極材料層が積層して形成されることが好ましい。また、上記の場合と同様に、第１電極材料層がp型SiC半導体層に接して形成されていることが好ましい。第１電極材料層と第２電極材料層との間に他の材料からなる層を介在させることもできる。また、第１電極材料層及び／又は第２電極材料層を複数設けることもでき、例えば、p型SiC半導体層側から順に、第１電極材料層／第２電極材料層／第１電極材料層を積層させて本発明のp型SiC用電極を構成してもよい。
【００１２】
本発明のp型SiC用電極が、第１の電極材料、第２の電極材料、及び第３の電極材料を含有している態様では、第１電極材料層、第２電極材料層、及び第３の電極材料からなる層（以下、「第３電極材料層」という）を備えていることが好ましい。換言すれば、製造工程において、第１の電極材料層、第２の電極材料層、及び第３電極材料層が形成されることが好ましい。これらの各層の積層順序は特に限定されないが、p型SiC半導体側から順に第１電極材料層、第３電極材料層、及び第２電極材料層が積層して形成されることが好ましい。また、上記の場合と同様に、第１電極材料層がp型SiC半導体層に接して形成されていることが好ましい。第１電極材料層と第３電極材料層との間、及び／又は第３電極層と第２電極層との間に他の材料からなる層を介在させることもできる。また、第１電極材料層、第３電極材料層、及び／又は第２電極材料層を複数設けることもできる。
【００１３】
第１電極層、第２電極層、及び第３電極層の形成方法は特に限定されず、MBE法、真空蒸着法、スパッタリング法、抵抗加熱法等を採用することができる。
本発明のp型SiC用電極は、上記の電極材料層（及びその他の層）をp型SiC半導体層上に積層した後、加熱処理することにより形成される。電極材料層の形成に先立って、p型SiC半導体を洗浄（例えば化学洗浄）しておくことが好ましい。電極材料を良好な状態で積層するためである。p型加熱処理は、p型SiC半導体層と本発明のp型SiC用電極との間にオーミック・コンタクトを形成するために行われる。加熱温度、加熱時間は、良好なオーミック・コンタクトが形成されるように適宜調整される。加熱温度は、例えば４００℃〜１１００℃であり、好適には６００℃〜９００℃であり、更に好適には７００℃〜８５０℃であり、最も好適には約８００℃である。一方、加熱時間は、例えば２分〜１００分であり、好適には２分〜５０分であり、更に好適には５分〜３０分である。尚、加熱は真空状態で行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気で加熱処理を行うこともできる。不活性ガスには窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等を用いることができる。
【００１４】
【実験例】
以下、本発明の実験例を示す。
[実験例１]
本実験例では、p型4H-SiCに対するNiAl系オーミック・コンタクト材の電気特性及び表面平坦性について検討を行った。
基板には市販のp型4H-SiC(0001)エピウエハ（Al濃度6.4〜9.0x1018cm-3）を用いた。基板を化学洗浄後、熱酸化膜を10nm製膜し、フォトリソグラフィー法により円形TLMパターンを作成した。希弗酸を用いて酸化膜を除去後、Ni及びAlを電子ビーム法及び抵抗加熱法により堆積し、それぞれの膜厚を変えてコンタクト材を作製した。リフトオフ工程により電極パターンを形成後、超高真空チャンバ内で800℃から1000℃で熱処理を施した。そして、円形TLM法、X線回折(XRD)法、ラザフォード後方散乱(RBS)法、光学顕微鏡観察により各試料の抵抗率、表面結晶性を評価した。
【００１５】
NiAlコンタクト材は、800℃の熱処理後においてもオーム性が得られた。即ち、Niを電極材料の一つとして採用することにより、従来よりも低温の熱処理によってもオーム性が得られることが判明した。図１に1000℃、2分間熱処理後のコンタクト低効率(ρc)のNiAl中のAl濃度依存性を示す。TiAlコンタクト材と比べて、少ないAl濃度(40at％以下)でも10-4Ω-cm2台のρcが得られ、Al濃度80at％において9x10-5Ω-cm2が達成された。Al濃度が増すにつれてコンタクト抵抗率が減少しており、Alがコンタクト低抵抗減に重要な役割を果たすことが分った。また、1000℃熱処理後もTiAlと比べて、より平坦な表面が得られた。
【００１６】
[実験例２]
p型4H-SiCに対するCoAlオーミック・コンタクト材に関して、熱処理温度と電極表面平坦性について検討を行った。
基板には市販のp型4H-SiC(0001)エピウエハ（Al濃度1.0x1019cm-3）を用いた。基板を化学洗浄後、熱酸化膜を10nm製膜し、フォトリソグラフィー法により円形TLMパターンを描画した。希弗酸を用いて酸化膜を剥離後、Co及びAlの金属層を電子銃蒸着法及び抵抗加熱法により堆積した。全膜厚を180nmとし、Co/Al/Co積層構造で中間層の厚さの異なる複数の試料を作製した。リフトオフ工程によって電極パターンを形成後、超高真空チャンバ内で800℃、10分間から1000℃、2分間の熱処理を施した。そして、円形TLM法、X線回折(XRD)法、ラザフォード後方散乱(RBS)法、光学顕微鏡観察により各試料の抵抗率、表面結晶性を評価した。
【００１７】
図２に800℃、10分間熱処理後のCoAl/SiCコンタクトにおける電流-電圧(I-V)特性を示す。薄いAl中間層10nm及び40nmの試料において良好なオーミック性が確認された。更に1000℃、2分間の熱処理を加えることによって、コンタクト低効率は4x10-4Ωcm2まで低減された。CoAlコンタクトにおいては1000℃熱処理後もTiAlコンタクトに比較して、非常に平坦な表面が得られた。Al層を含まないCoコンタクト材においては1000℃熱処理後もオーム性は得られず、Alがコンタクト抵抗低減に重要な役割を果たすことが分った。
【００１８】
[実験例３]
p型4H-SiCに対するオーミック・コンタクト材において、Niを用いた場合の熱処理温度と電極表面平坦性について検討を行った。
基板には市販のp型4H-SiC(0001)エピウエハ（Al濃度3.0〜8.1x1018cm-3）を用いた。基板を化学洗浄後、熱酸化膜を10nm製膜し、フォトリソグラフィー法により円形TLMパターンを描画した。希弗酸を用いて酸化膜を剥離後、Ni、Tiの金属層を電子ビーム法により、Alの金属層を抵抗加熱法により堆積した。積層構造が、Ti/Al(SiC側から順にTi層、Al層を積層、以下同様)、Ni/Al、Ni/Ti/Alの各試料を作製した。また、Ni/Ti/AlについてはNi層、Ti層の膜厚が異なる複数の試料を作製した。尚、蒸着中の真空度は1x10-6Torrに設定した。リフトオフ工程によって電極パターンを形成後、超高真空チャンバ内で800℃、5分間から30分間の熱処理を施した。そして、円形TLM法、X線回折(XRD)法、ラザフォード後方散乱(RBS)法、光学顕微鏡観察により各試料の抵抗率、表面結晶性を評価した。
【００１９】
図３に800℃、10分間熱処理後の各試料(Ti/Al、Ni/Al、Ni/Ti/Al)の電流-電圧(I-V)特性を示す。■：Ni(25nm)/Ti(50nm)/Al(300nm),800℃,10min 、▲：Ni(44nm)/Al(53nm)800℃,10min、●：Ti(50nm)/Al(300nm)800℃,2minである。Ti/Alでは800℃の熱処理によりオーミック性が得られていないのに対して、Ni層を形成した試料(Ni/Al、Ni/Ti/Al)ではオーミック性が得られていることが分る。即ち、Ni層を採用することにより、従来よりも低温の熱処理をもってオーミック・コンタクトを形成することが可能であることが確認された。また、熱処理後のNi/Al及びNi/Ti/Alの表面は非常に平坦であった。
【００２０】
図４に、Ni/Ti/Alの積層構造を備える試料において、Ni層及びTi層の膜厚とコンタクト抵抗率(ρc)との関係を示す。△：Ni(8nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)、◇：Ni(15nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)、◆：Ni(25nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)（以上のAl濃度は3.0ｘ1018cm-3）、●：Ni(8nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)、○：Ni(15nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)（以上のAl濃度は8.1ｘ1018cm-3）である。基板のAl濃度の如何に拘わらず、Ni層を厚く形成することにより抵抗率が減少することがわかる。即ち、抵抗率がNi膜厚依存性を示すことが分る。尚、Ni(25nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)の条件により、ρc=6.64x10-5Ω-cm2を達成できている。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図５は本発明の一実施例であるSiC素子１の構成を模式的に示した図である。SiC素子１は次のように作製することができる。
まず、気相成長装置チャンバ内にｎ型SiC基板１０を設置し、水素ガスをキャリアガスとして用い、原料ガスのモノシラン(SiH4)ガス及びプロパン(C3H8)を、不純物ガスのトリメチルアルミニウム((CH3)3Al)ガスをチャンバ内に供給し、約１４００℃の成長温度でp型SiC層１１を約5μm形成する。尚、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法でｐ型SiC層１１を形成することもできる。
【００２２】
次に、1150℃、60分、O2雰囲気で犠牲酸化を行い、p型SiC１１表面にSiO2膜１２を約10nm製膜する。フォトリソグラフィーにより電極パターニングを行った後、一部のSiO2膜を希弗酸で剥離する。続いて、Ni層２１を電子ビーム法により約25μm形成する。同様にTi層２２を電子ビーム法により、Al層２３を抵抗加熱法によりそれぞれ形成した後、リフトオフ工程により電極パターンを形成する。以上の工程により、図５に示す様に、Ni、Ti、Alが順に積層されたp電極２０が作製される。
【００２３】
次に、p型SiC１１とp電極２０との間のオーミック・コンタクトを形成するために、超高真空チャンバ内で８００℃、１０分の熱処理を施す。
続いて、ｎ型SiC１０の表面にVとAlからなるｎ型電極３０を蒸着法により形成する。以上の工程の後、スクライバ等を用いてチップの分離工程を行い、SiC素子１を得る。
【００２４】
この発明は、上記発明の実施の形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。また、この発明がSiC上のIII族窒化物系化合物半導体等、SiCを用いた他の半導体素子に用いることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実験例１の結果を示すグラフであり、1000℃、2分間熱処理後のコンタクト低効率(ρc)のNiAl中のAl濃度依存性が示される。
【図２】図２は実験例２の結果を示すグラフであり、800℃、10分間熱処理後のCoAl/SiCコンタクトにおける電流-電圧(I-V)特性が示される。Al中間層なし（○）、Al 10nm（□）、40nm（◇）、120nm（△）である。
【図３】図３は実験例３の結果を示すグラフであり800℃、10分間熱処理後の各試料(Ti/Al、Ni/Al、Ni/Ti/Al)の電流-電圧(I-V)特性が示される。■：Ni(25nm)/Ti(50nm)/Al(300nm),800℃,10min 、▲：Ni(44nm)/Al(53nm)800℃,10min、●：Ti(50nm)/Al(300nm)800℃,2min。
【図４】図４は実験例３の結果を示すグラフであり、Ni/Ti/Alの積層構造を備える試料において、Ni層及びTi層の膜厚の相違を変化させた場合のコンタクト抵抗率(ρc)の変化が示される。△：Ni(8nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)、◇：Ni(15nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)、◆：Ni(25nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)（以上のAl濃度は3.0ｘ1018cm-3）、●：Ni(8nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)、○：Ni(15nm)/Ti(50nm)/Al(300nm)（以上のAl濃度は8.1ｘ1018cm-3）。
【図５】図５は本発明の一実施例のSiC素子１の構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１  SiC素子
１０  n型SiC基板
１１  p型SiC層
１２  SiO2膜
２０  p型電極
２１  Ni層
２２  Ti層
２３  Al層
３０  n電極
【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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