(57)【要約】【課題】ＳｉＣ基板上に低抵抗かつ高密着力を有するオーミック電極を備える炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】ＳｉＣ半導体装置１は、ＳｉＣ基板１１およびＳｉＣドリフト層１２を含むＳｉＣ半導体基体１０と、ショットキ電極１７および配線電極１８を含む電極部と、コンタクト電極であるシリサイド層３１と、裏面電極２０とを備える。シリサイド層３１は、炭素析出部３２を含む部分と、炭素析出部３２を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て交互に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素から成る炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の厚み方向の一方側の表面上に設けられ、炭化珪素から成る炭化珪素ドリフト層と、
前記炭化珪素ドリフト層の厚み方向の一方側の表面上に設けられる電極部と、
前記炭化珪素基板の厚み方向の他方側の表面上に設けられるシリサイド層と、
前記シリサイド層の厚み方向の他方側の表面上に設けられる裏面電極とを備え、
前記シリサイド層は、炭素が析出した炭素析出部を含む部分と、前記炭素析出部を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て、交互に配置されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
前記炭素析出部を含む部分の幅に対する、前記炭素析出部を含まない部分の幅の比率は、５．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記炭素析出部は、前記裏面電極と前記シリサイド層との界面から間隔をあけて設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記炭化珪素基板の厚み方向における寸法は、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
炭化珪素から成る炭化珪素基板の厚み方向の一方側の表面上に、炭化珪素から成る第１の導電型の炭化珪素ドリフト層を形成する工程と、
前記炭化珪素ドリフト層の厚み方向の一方側の表面上に、電極部を形成する工程と、
前記炭化珪素基板の厚み方向の他方側の表面上に金属膜を形成する工程と、
形成された前記金属膜にレーザ光を照射してシリサイド層を形成することによって、前記炭化珪素基板の厚み方向の他方側の表面上に前記シリサイド層から成るコンタクト電極を形成する工程と、
前記シリサイド層の厚み方向の他方側の表面上に、金属から成る裏面電極を形成する工程とを備え、
前記コンタクト電極を形成する工程では、レーザ光のビームを、一部分が重複するように順次移動させて照射することによって、炭素が析出した炭素析出部を含む部分と、前記炭素析出部を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て交互に配置された前記シリサイド層を形成することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属膜を形成する工程では、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）およびニオブ（Ｎｂ）のいずれか１つもしくは複数の元素を含む金属膜、またはニッケル（Ｎｉ）とシリコン（Ｓｉ）との混合膜によって、前記金属膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属膜を形成する工程の前に、前記炭化珪素基板を薄板化する工程を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の炭化珪素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、炭化珪素を用いた炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素半導体装置は、炭化珪素（以下「ＳｉＣ」という場合がある）の優れた材料物性によって半導体装置動作時の抵抗値を珪素（以下「Ｓｉ」という場合がある）半導体装置よりも低くすることができることから、注目を集めている。ＳｉＣ半導体装置の分野では、さらなる低損失モジュールの実現を目指して、低抵抗のＳｉＣ半導体装置の開発が精力的に行われている。
【０００３】
ＳｉＣ半導体装置の多くは、動作時にキャリアがＳｉＣ基板を通過して縦方向に走行するので、ＳｉＣ基板の厚みを薄くすることによって、ＳｉＣ半導体装置の抵抗を低減することができる。したがって、低損失化の１つの方法として、ＳｉＣ基板の薄板化がある。
【０００４】
またＳｉＣ基板上にコンタクト電極を形成するときには、金属とＳｉＣとを反応させてシリサイド層を形成させる。シリサイド層を形成させるときに、ＳｉＣ中の炭素がシリサイド層中に析出する。この炭素析出部は、炭素が析出していない部分に比べて、密着性が低い。
【０００５】
ＳｉＣは、材料物性として、Ｓｉに比べて延びにくい性質を有するので、ＳｉＣ半導体装置をモジュールに実装するとき、ＳｉＣ半導体装置とモジュールとの接合面であるシリサイド層には、Ｓｉ半導体装置を実装する場合に比べて、非常に大きな力が発生する。
【０００６】
ＳｉＣ基板上のシリサイド層は、前述のように密着性の低い炭素析出部を含むので、コンタクト電極であるシリサイド層で剥離するという問題がある。この問題を解決するために、接合部の電極の強密着力化が求められている。
【０００７】
ＳｉＣ基板に対するコンタクト電極の形成方法は、たとえば特許文献１〜３に開示されている。
【０００８】
特許文献１では、ＳｉＣ基板上に形成されるシリサイド層の表面層を除去することが提案されている。ＳｉＣ基板上に金属膜を堆積した後、熱処理によって金属シリサイド層を形成させるとき、シリサイド中に炭素析出部が形成される。炭素析出部は、炭素が析出していない部分に比べて密着性が低いので、ＳｉＣ基板をチップ状にダイシングするときに、シリサイド層から剥離が発生する。この剥離を抑制するために、特許文献１に開示される技術では、炭素析出部が無くなるまでシリサイド層の表面層を除去している。
【０００９】
特許文献２では、ＳｉＣ内にある加工ダメージ層を除去することが提案されている。ＳｉＣ基板の表面を機械加工した後に、金属膜を成膜して、アニールによってシリサイド層を形成させると、加工ダメージ層と金属膜とが反応してシリサイドが形成される。この方法で形成されたシリサイド層には、炭素析出部が層状に形成されるので、ＳｉＣ基板をチップ状にダイシングするときに、シリサイド層から剥離が発生する。
【００１０】
この剥離を抑制するために、特許文献２に開示される技術では、金属膜を成膜する前に、ドライエッチングまたはウェットエッチングなどによって、ＳｉＣ上に形成された加工ダメージ層を除去している。その後に金属膜を成膜して、シリサイド層を形成することによって、炭素析出部を一様に分散させて、密着性を改善している。
【００１１】
特許文献３では、シリサイド層中の炭素析出部の好ましい状態が提案されている。特許文献３に開示される技術では、ＳｉＣ基板上に金属膜を堆積した後、金属膜にレーザ光を照射して、半導体基板と金属膜とを反応させて、シリサイド層を形成するときに、シリサイド層中に炭素析出層が全面に存在しかつ炭素凝集体が点在するようにしている。これによって、低コストで、低抵抗のコンタクト電極の形成を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−１０３６３０号公報
【特許文献２】特開２０１５−０３５４６１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／１２２０６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＳｉＣ基板上にコンタクト電極を形成するときには、たとえば、ＳｉＣ基板上にニッケル（以下「Ｎｉ」という場合がある）を成膜した後、ランプ加熱などによって、約１０００℃のアニールを行う。約１０００℃のアニールによって、ＳｉＣ中のＳｉとＮｉとが反応し、Ｎｉシリサイドを形成する。そのとき、ＳｉＣ中の炭素は、Ｎｉ、ＳｉおよびＮｉシリサイドと反応せず、グラファイトなどの炭素凝集物としてＮｉシリサイド中に存在する。Ｎｉシリサイド中の炭素凝集物は、コンタクト電極の低抵抗化には必須であるが、その反面、密着強度が低く、剥がれやすいという性質を有する。
【００１４】
ランプ加熱によって形成されたＳｉＣ基板上のＮｉシリサイド層の断面を観察したところ、炭素凝集層の形成が確認された。詳細に観察したところ、ＳｉＣ基板の前面にわたって、炭素凝集層が層状にシリサイド層中に形成されることが分かった。これは、コンタクト電極の低抵抗化を達成することはできるが、コンタクト電極の密着性が低いことを示している。コンタクト電極であるシリサイド層の密着性が低いと、ＳｉＣ半導体装置をモジュールに組込むとき、およびモジュールが動作するときに、密着性の低いシリサイド層で剥離が発生するという問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、ＳｉＣ基板上に低抵抗かつ高密着力を有するオーミック電極を備える炭化珪素半導体装置およびそ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】
【００１６】
本発明の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素から成る炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の厚み方向の一方側の表面上に設けられ、炭化珪素から成る炭化珪素ドリフト層と、前記炭化珪素ドリフト層の厚み方向の一方側の表面上に設けられる電極部と、前記炭化珪素基板の厚み方向の他方側の表面上に設けられるシリサイド層と、前記シリサイド層の厚み方向の他方側の表面上に設けられる裏面電極とを備え、前記シリサイド層は、炭素が析出した炭素析出部を含む部分と、前記炭素析出部を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て、交互に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素から成る炭化珪素基板の厚み方向の一方側の表面上に、炭化珪素から成る第１の導電型の炭化珪素ドリフト層を形成する工程と、前記炭化珪素ドリフト層の厚み方向の一方側の表面上に、電極部を形成する工程と、前記炭化珪素基板の厚み方向の他方側の表面上に金属膜を形成する工程と、形成された前記金属膜にレーザ光を照射してシリサイド層を形成することによって、前記炭化珪素基板の厚み方向の他方側の表面上に前記シリサイド層から成るコンタクト電極を形成する工程と、前記シリサイド層の厚み方向の他方側の表面上に、金属から成る裏面電極を形成する工程とを備え、前記コンタクト電極を形成する工程では、レーザ光のビームを、一部分が重複するように順次移動させて照射することによって、炭素が析出した炭素析出部を含む部分と、前記炭素析出部を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て交互に配置された前記シリサイド層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の炭化珪素半導体装置によれば、シリサイド層は、炭素析出部を含む部分と、炭素析出部を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て、交互に配置されている。これによって、シリサイド層の抵抗を増加させることなく、シリサイド層と裏面電極との密着力を向上させることができる。したがって、ＳｉＣ基板上に低抵抗かつ高密着力を有するシリサイド層をオーミック電極として備える炭化珪素半導体装置を実現することができる。このような炭化珪素半導体装置をパッケージに搭載することによって、パッケージに搭載した後の炭化珪素半導体装置の動作信頼性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、コンタクト電極を形成する工程では、レーザ光のビームを、一部分が重複するように順次移動させて照射することによって、炭素析出部を含む部分と、炭素析出部を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て交互に配置されたシリサイド層を形成する。これによって、シリサイド層の抵抗を増加させることなく、シリサイド層と裏面電極との密着力を向上させることができる。したがって、ＳｉＣ基板上に低抵抗かつ高密着力を有するシリサイド層をオーミック電極として備える炭化珪素半導体装置を製造することができる。このような炭化珪素半導体装置をパッケージに搭載することによって、パッケージに搭載した後の炭化珪素半導体装置の動作信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態である炭化珪素半導体装置１の構成を示す断面図である。
【図２】ＳｉＣドリフト層１２の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図３】イオン注入領域１５の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図４】保護膜１９の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図５】ＳｉＣ半導体基体１０の研削が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図６】シリサイド層３１を形成する段階の状態を示す断面図である。
【図７】レーザ照射痕と、炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置との関係を示す図である。
【図８】シリサイド層３１のエッチングが終了した段階の状態を示す断面図である。
【図９】裏面電極２０の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図１０】レーザ照射痕と、炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置との関係を示す図である。
【図１１】レーザ照射痕と、炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置との関係を示す図である。
【図１２】炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜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炭化珪素半導体装置１の構成を示す断面図である。本実施の形態の炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置１は、縦型のショットキバリアダイオード（Schottky Barrier Diode；略称：ＳＢＤ）である。ＳｉＣ半導体装置１は、ＳｉＣ半導体基体１０、イオン注入領域１５、ショットキ電極１７、配線電極１８、保護膜１９、シリサイド層３１および裏面電極２０を備えて構成される。ＳｉＣ半導体基体１０は、ＳｉＣ基板１１とＳｉＣドリフト層１２とを含む。シリサイド層３１は、炭素析出部３２を含む。
【００２２】
ＳｉＣ基板１１は、炭化珪素（ＳｉＣ）から成る。本実施の形態では、ＳｉＣ基板１１は、厚み方向の一方側の表面（以下「第１主面」という場合がある）１３の面方位が＜０００１＞であり、シリコン面から４°または８°オフした４Ｈのポリタイプを有するｎ＋型のＳｉＣ基板である。
【００２３】
ＳｉＣドリフト層１２は、炭化珪素（ＳｉＣ）から成る。本実施の形態では、ＳｉＣドリフト層１２は、ｎ型のＳｉＣエピタキシャル層である。ＳｉＣドリフト層１２は、ＳｉＣ基板１１の第１主面１３上に設けられる。ＳｉＣドリフト層１２の不純物濃度および膜厚は、ＳｉＣ半導体装置１に求められる耐圧によって異なる。たとえば、ＳｉＣドリフト層１２の不純物濃度は、１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３であり、ＳｉＣドリフト層１２の膜厚は、５〜５０μｍである。
【００２４】
イオン注入領域１５は、ＳｉＣドリフト層１２の厚み方向の一方側の表面部に形成される。イオン注入領域１５は、ＳｉＣドリフト層１２の厚み方向に平行な断面構成において、予め定める間隔で離間して形成される。イオン注入領域１５は、厚み方向の一方側から見て、予め定める幅を有するリング状に形成される。
【００２５】
イオン注入領域１５は、本実施の形態では、ｐ型のイオン注入領域であり、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として含有する。イオン注入領域１５のＡｌイオン注入量は、たとえば、１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３である。図１では記載を省略するが、さらに耐圧を高めるために、ＳｉＣ半導体装置１は、イオン注入領域１５の外側に、もう一つのリング状のＪＴＥ（Junction Termination Extension）領域を備えてもよい。
【００２６】
ＳｉＣドリフト層１２の厚み方向の一方側の表面のイオン注入領域１５に囲まれた部分には、ショットキ領域１６が形成される。ショットキ領域１６には、ショットキ電極１７が形成される。ショットキ電極１７は、その周縁部が、イオン注入領域１５にはみ出すように形成される。ショットキ電極１７の材料としては、たとえば、チタン（Ｔｉ）などが挙げられる。
【００２７】
配線電極１８は、ショットキ電極１７の厚み方向の一方側の表面に形成される。配線電極１８の材料としては、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウムシリサイド（ＡｌＳｉ）などが挙げられる。ショットキ電極１７および配線電極１８を含んで、電極部が構成される。ショットキ電極１７および配線電極１８を含む電極部は、ＳｉＣドリフト層１２の厚み方向の一方側の表面上に設けられる。
【００２８】
保護膜１９は、ＳｉＣドリフト層１２の厚み方向の一方側の表面に形成される。保護膜１９は、耐圧を確保するために設けられる。保護膜１９は、たとえば、ポリイミドから成る。保護膜１９は、ショットキ電極１７および配線電極１８の周縁部、ならびにイオン注入領域１５を覆うように形成される。
【００２９】
シリサイド層３１は、ＳｉＣ基板１１の厚み方向の他方側の表面（以下「第２主面１４」という場合がある）上、すなわちＳｉＣ基板１１の裏面上に設けられる。シリサイド層３１は、金属膜とＳｉＣ基板１１を構成するＳｉＣとが反応した層であり、ＳｉＣとオーミックコントクトを形成している。
【００３０】
ＳｉＣとオーミックコンタクトを形成する金属膜の材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）のいずれか１つもしくは複数の元素を含む金属、またはＮｉとＳｉとの混合膜などがある。
【００３１】
シリサイド層３１は、レーザ光を金属膜３０に照射することによって形成される。詳細は後述するが、照射するレーザ光の外形（以下「プロファイル」という場合がある）は、長方形である。本実施の形態では、レーザ光のプロファイルの短軸方向に、レーザ光のビームを重ねて照射する。レーザ光の照射によって形成されたシリサイド層３１中には、炭素析出部３２が層状に形成されている。
【００３２】
シリサイド層３１では、シリサイド層３１の厚み方向の一方側、すなわち図１の紙面に向かって上下方向の上側から見て、炭素析出部３２を含む部分と炭素析出部３２を含まない部分とがストライプ状に交互に配置されている。換言すれば、炭素析出部３２を含む部分と炭素析出部３２を含まない部分とは、炭素析出部３２の幅方向、すなわち図１の紙面に向かって左右方向に間隔をあけて交互に並んで配置されている。
【００３３】
炭素析出部３２の幅方向において、シリサイド層３１の炭素析出部３２を含む部分の寸法（以下「幅」という場合がある）は、炭素析出部３２の幅と同一であり、たとえば１００μｍである。シリサイド層３１の炭素析出部３２を含まない部分の幅は、隣合う２つの炭素析出部３２の間隔と同一であり、たとえば５０μｍである。
【００３４】
裏面電極２０は、シリサイド層３１のＳｉＣ半導体基体１０に対向する側と反対側の表面上、すなわちシリサイド層３１の厚み方向の他方側の表面上に設けられる。炭素析出部３２は、裏面電極２０とシリサイド層３１との界面から間隔をあけて設けられる。
【００３５】
裏面電極２０の材料としては、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが、この順に積層された積層膜が挙げられる。裏面電極２０がＮｉとＡｕとの積層膜で構成される場合、Ｎｉ電極層の厚みは、たとえば０．１μｍ以上２μｍ以下であり、Ａｕ電極層の厚みは、たとえば０．０２μｍ以上０．３μｍ以下である。
【００３６】
図２〜図９は、本発明の第１の実施の形態であるＳｉＣ半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。図２は、ＳｉＣドリフト層１２の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。図２に示す工程では、面方位が（０００１）面から４°または８°オフし、４Ｈのポリタイプを有するｎ型で低抵抗のＳｉＣ基板１１の第１主面１３上に、化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition；略称：ＣＶＤ）法によって、１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３のｎ型の不純物濃度、５〜５０μｍの厚さのＳｉＣドリフト層１２をエピタキシャル成長させる。
【００３７】
図３は、イオン注入領域１５の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。図３に示す工程では、ドリフト層１２上に、酸化膜などによってマスク用の膜を形成した後、フォトリソグラフィおよびエッチングによってマスク用の膜をパターニングして、イオン注入用マスクを形成する。図３では、イオン注入用マスクは、記載を省略している。
【００３８】
このイオン注入マスク上から、ｐ型不純物、たとえばアルミニウム（Ａｌ）を選択的にイオン注入し、イオン注入領域１５を形成する。Ａｌなどのｐ型不純物のイオン注入深さは、ＳｉＣドリフト層１２の厚さを超えない範囲、具体的には０．１〜３μｍ程度とする。イオン注入されたＡｌなどのｐ型不純物の不純物濃度は、１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲で、ＳｉＣドリフト層１２のｎ型不純物濃度よりも多いものとする。
【００３９】
ここで形成されたイオン注入領域１５は、耐圧を維持させるためのものである。さらに耐圧を高めるために、前述のようにイオン注入領域１５の外側に、もう一つのリング状のＪＴＥ領域を設ける場合もある。ＪＴＥ領域の形成方法は、イオン注入領域１５の形成方法と同様であるので、ここでは記載を省略する。
【００４０】
次に、イオン注入マスクを除去した後、注入したＡｌイオンなどのｐ型不純物イオンを活性化させるために、不活性ガス雰囲気中、たとえばアルゴン（Ａｒ）雰囲気中で、たとえば１３００〜１７００℃、３０秒〜１時間の熱処理を行う。この熱処理工程によって、ｐ型のイオン注入領域１５が形成される。
【００４１】
熱処理工程後は、ＳｉＣドリフト層１２の表面上に膜質劣化層および、高さ３０ｎｍ以上のバンチングステップによる凹凸が発生してしまう。したがって、炭化水素ガスを熱分解させて、ＳｉＣドリフト層１２の表面にカーボン保護膜を形成させる。これによって、膜質劣化層による影響を抑えるとともに、熱処理工程のときに生じるバンチングステップによる凹凸を埋めて解消することができる。
【００４２】
図４は、保護膜１９の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。図４に示す工程では、ＳｉＣドリフト層１２の表面に、たとえばＴｉから成るショットキ電極１７を形成する。次に、ショットキ電極１７上に、たとえばＡｌから成る配線電極１８を形成する。配線電極１８の材料は、Ａｌ以外でもよく、たとえばＡｌＳｉでもよい。さらに、耐圧を高めるために、たとえばポリイミドから成る保護膜１９を形成する。
【００４３】
ショットキ電極１７は、周縁部がイオン注入領域１５にはみ出すように形成される。また、保護膜１９は、ショットキ電極１７および配線電極１８の周縁部と、イオン注入領域１５を覆うように形成される。
【００４４】
図５は、ＳｉＣ半導体基体１０の研削が終了した段階の状態を示す断面図である。図５に示す工程では、ＳｉＣ基板１１を薄板化する。具体的には、ＳｉＣ半導体基体１０の厚み方向の他方側の表面であるＳｉＣ基板１１の第２主面１４を、研削機を用いて研削することによって、ＳｉＣ基板１１を薄板化する。
【００４５】
研削中、研削されない非研削面であるＳｉＣ半導体基体１０の厚み方向の一方側の表面、すなわちＳｉＣドリフト層１２の厚み方向の一方側の表面は、保護テープを貼り付けるか、またはワックスなどを塗布してサポート基板を貼り付けることによって保護されている。
【００４６】
研削後のＳｉＣ基板１１の厚み方向における寸法（以下「厚み」という場合がある）は、たとえば、３００μｍである。ＳｉＣ基板１１を低抵抗化して、ＳＢＤの特性を向上させるために、ＳｉＣ基板１１の厚みは、３００μｍよりも薄くてもよく、ＳｉＣ基板１１の低抵抗化の観点からは、２００μｍ以下であることが好ましい。ＳｉＣ基板１１の厚みを２００μｍ以下にすることによって、ＳｉＣ基板１１を充分に低抵抗化することができ、ＳｉＣ半導体装置１のＳＢＤとしての特性を向上させることができる。
【００４７】
ＳｉＣ基板１１の破損を抑制するという観点からは、ＳｉＣ基板１１の厚みは、５０μｍ以上であることが好ましい。ＳｉＣ基板１１の厚みを５０μｍ以上とすることによって、ＳｉＣ基板１１の破損をより確実に抑制することができる。したがって、ＳｉＣ基板１１の厚みは、５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
図６は、シリサイド層３１を形成する段階の状態を示す断面図である。図６に示す工程では、研削によって厚みを薄くしたＳｉＣ半導体基体１０の厚み方向の他方側の表面であるＳｉＣ基板１１の第２主面１４に、ＳｉＣとシリサイドを形成する金属膜３０を堆積する。金属膜３０の材料としては、たとえばＮｉが挙げられる。
【００４９】
次いで、金属膜３０とＳｉＣとを反応させてシリサイド層３１を形成させるために、金属膜３０上にレーザ光５０を照射する。照射するレーザ光の種類は、たとえばＹＶＯ４レーザである。ＹＶＯ４レーザ以外でも、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、ＹＬＦレーザなどを用いることができる。
【００５０】
照射するレーザ光の波長は、たとえばＹＶＯ４レーザを用いた場合には、第三高調波である３５５ｎｍ、または第二高調波である５３２ｎｍとすることができる。このとき、レーザ光照射中に、窒素などの不活性ガスをレーザ光照射面に吹き付けながらアニールする。本実施の形態では、３５５ｎｍの波長のレーザ光を用いることとする。
【００５１】
また照射したレーザ光のエネルギー密度は、堆積する金属膜３０の膜厚によるが、１．６〜２．５Ｊ／ｃｍ２の範囲が好ましい。金属膜３０を構成するＮｉ膜の厚みが１００ｎｍの場合は、レーザ光のエネルギー密度を、たとえば２．０Ｊ／ｃｍ２とする。
【００５２】
レーザ光は、予め定める方向に順次移動させることによって、ビームの一部分を重ねあわせて照射させる。レーザ光のビームの形状は、点状またはライン状など、どのような形状でもよい。
【００５３】
本実施の形態では、ラインビームを用いる。ラインビームのサイズは、レーザ光の最大強度に対して強度が半分になる領域が２００μｍ×１００μｍであるものとする。レーザ光のビームの短軸方向であるビーム径が１００μｍの方向では、２０μｍずつビームの照射範囲を移動させることによって、ビームを重ね合わせて照射させる。レーザ光のビームの長軸方向であるビーム径が２００μｍの方向では、５０μｍずつビームの照射範囲を移動させることによって、ビームを重ねて照射させる。
【００５４】
以上の条件でレーザ光を照射することによって、炭素析出部３２を含む層と炭素析出部３２を含まない層とがストライプ状に交互に配置されたシリサイド層３１を形成することが可能になる。以上のようにしてシリサイド層３１を形成することによって、ＳｉＣ基板１１の厚み方向の他方側の表面上、すなわち第２主面上に、シリサイド層３１から成るコンタクト電極を形成する。
【００５５】
図７は、レーザ照射痕と、炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置との関係を示す図である。前述のように、レーザ光のビーム１００を走査方向Ｓに順次移動させて照射させることによって、シリサイド層３１が形成される。炭素析出部３２は、長方形のレーザ光のビーム１００の中心付近に、ビームの短軸方向ｄ１に平行に形成される。炭素析出層３２を含まないシリサイド層３１は、レーザ光のビームの端の重ねられた領域に形成される。
【００５６】
前述の条件でレーザ光を照射した場合、炭素析出部３２を含む層の幅を１００μｍとし、炭素析出部３２を含まない層の幅を５０μｍとすることができる。これによって、炭素析出部３２を含む層の幅に対する、炭素析出部３２を含まない層の幅の比を０．５とすることができる。このような比率にすることによって、シリサイド層３１の剥離を抑制するとともに、コンタクト電極であるシリサイド層３１を有効に低抵抗化することができる。
【００５７】
本実施の形態とは異なるが、レーザ光のエネルギー密度、ビーム走査速度およびステップ送り量を調整することによって、長方形のレーザ光のビームの端の領域に、ビームの短軸方向ｄ１に平行に炭素析出部３２を含む層を形成させることも可能である。
【００５８】
図８は、シリサイド層３１のエッチングが終了した段階の状態を示す断面図である。図８に示す工程では、図６に示す工程で形成したコンタクト電極であるシリサイド層３１の厚み方向の他方側の表面２１に対してエッチングを行い、表面酸化膜などを除去する。エッチングは、たとえば、Ａｒイオンなどを用いたドライエッチングによって行われる。エッチング量は、シリサイド層３１の炭素析出部３２を含む部分において、炭素析出部３２が現れない範囲とする。
【００５９】
図９は、裏面電極２０の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。図９に示す工程では、表面酸化膜を除去したコンタクト電極であるシリサイド層３１の表面上に、裏面電極２０を形成する。
【００６０】
裏面電極２０の材料としては、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜が挙げられ、その厚みはそれぞれ０．１μｍ以上２μｍ、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下などであればよい。Ｎｉ膜およびＡｕ膜の厚みは、パッケージに搭載するときに行われるはんだ接合の条件、およびパッケージ動作温度によって異なり、１．０μｍよりも厚くてもよいし、薄くてもよい。
【００６１】
裏面電極２０の成膜方法は、裏面電極２０の密着性に大きく影響する。本実施の形態では、直流（ＤＣ）スパッタによって成膜を行い、成膜温度が１００℃以上になる電力を投入する。この方法で成膜したＮｉ膜中のグレインサイズを、透過型電子顕微鏡を用いて評価したところ、０.２〜０．３μｍ程度であり、最大で０．５μｍを有するものもあった。
【００６２】
以上の本実施の形態によれば、シリサイド層３１は、炭素析出部３２を含む部分と、炭素析出部３２を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て、交互に配置されている。これによって、シリサイド層３１の抵抗を増加させることなく、シリサイド層３１と裏面電極２０との密着力を向上させることができる。したがって、ＳｉＣ基板１１上に低抵抗かつ高密着力を有するシリサイド層３２をオーミック電極として備えるＳｉＣ半導体装置１を実現することができる。このようなＳｉＣ半導体装置１をパッケージに搭載することによって、パッケージに搭載した後のＳｉＣ半導体装置１の動作の信頼性を向上させることができる。
【００６３】
本実施の形態では、レーザ光のビームを、一部分が重複するように順次移動させて照射することによって、炭素析出部３２を含む部分と、炭素析出部３２を含まない部分とが、厚み方向の一方側から見て交互に配置されたシリサイド層３１が形成される。これによって、シリサイド層３１の抵抗を増加させることなく、シリサイド層３１と裏面電極２０との密着力を向上させることができる。したがって、前述のようにＳｉＣ基板１１上に低抵抗かつ高密着力を有するシリサイド層３１をオーミック電極として備えるＳｉＣ半導体装置１を製造することができる。
【００６４】
炭素析出部３２を含むシリサイド層３１の幅に対する、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅の比率は、５．０以下であることが好ましい。このような比率にすることによって、シリサイド層３１の剥離を抑制したまま、コンタクト電極であるシリサイド層３１を有効に低抵抗化することができる。
【００６５】
本実施の形態では、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１の幅は１００μｍであり、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅は５０μｍであり、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１の幅に対する、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅の比率は、０．５となる。
【００６６】
前記比率は、０．５付近が最も好ましく、前記比率が増加するのに伴ってシリサイド層３１が高抵抗になり、前記比率が小さくなるにつれて、シリサイド層３１が低密着力となる。このことから、前記比率、すなわち炭素析出部３２を含むシリサイド層３１の幅に対する、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅の比率は、０．５以上５．０以下であることが好ましい。
【００６７】
本実施の形態では、炭素析出部３２は、裏面電極２０とシリサイド層３１との界面から間隔をあけて設けられる。これによって、炭素析出部３２が裏面電極２０とシリサイド層３１との界面に露出して裏面電極２０に接して設けられる場合に比べて、シリサイド層３１と裏面電極２０との密着力を高めることができる。したがって、シリサイド層３１からの剥離をより確実に抑制することができる。
【００６８】
本実施の形態では、シリサイド層３１となる金属膜３０は、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）およびニオブ（Ｎｂ）のいずれか１つもしくは複数の元素を含む金属膜、またはニッケル（Ｎｉ）とシリコン（Ｓｉ）との混合膜によって形成される。これによって、他の材料で構成される場合に比べて、より低抵抗のシリサイド層３１を形成することができる。
【００６９】
本実施の形態では、金属膜３０を形成する工程の前に、ＳｉＣ基板１１を薄板化する工程が行われる。ＳｉＣ基板１１を薄板化することによって、ＳｉＣ基板１１を低抵抗化することができ、ＳｉＣ半導体装置１のＳＢＤとしての特性を向上させることができる。
【００７０】
本実施の形態のＳｉＣ半導体装置１は、ＳＢＤであるが、これに限定されるものではなく、たとえば、電界効果トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；略称：ＭＯＳＦＥＴ）であってもよい。また、ＳｉＣ半導体装置１は、ＳＢＤとして、本実施の形態で説明した構造以外の構造であってもよく、たとえば終端領域に絶縁膜が形成されていてもよい。また、ＳｉＣ半導体装置１は、本実施の形態で説明した以外の製造方法によって製造されてもよい。
【００７１】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態であるＳｉＣ半導体装置およびその製造方法について説明する。本実施の形態のＳｉＣ半導体装置は、前述の図１に示す第１の実施の形態のＳｉＣ半導体装置１と構成が類似するので、図示および共通する説明を省略する。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様のビームの形状が長方形のレーザ光を用いて、ビームの照射方法を変更することによって、レーザ光の照射痕に対する、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１、および炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の配置を変える。
【００７２】
レーザ光を金属膜３０に照射してシリサイド層３１を形成させる工程よりも前の工程は、前述の第１の実施の形態と同様であるので、記載を省略する。また、照射するレーザ光の種類およびエネルギー密度は、前述の第１の実施の形態で用いられるレーザ光と同様であるので、記載を省略する。
【００７３】
図１０は、レーザ照射痕と、炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置との関係を示す図である。本実施の形態では、レーザ光として、ビームのサイズが、レーザ光の最大強度に対して強度が半分になる領域が２００μｍ×１００μｍであるものを用いる。
【００７４】
レーザ光のビーム１００を走査方向Ｓに順次移動させて照射させることによって、シリサイド層３１が形成される。レーザ光のビームの長軸方向であるビーム径が２００μｍの方向では、５０μｍずつビームの照射範囲を移動させることによって、ビームを重ね合わせて照射させる。レーザ光のビームの短軸方向であるビーム径が１００μｍの方向では、５０μｍずつビームの照射範囲を移動させることによって、ビームを重ねて照射させる。
【００７５】
以上の条件でレーザ光を照射することによって、第１の実施の形態と同様に、炭素析出部３２を含む層と炭素析出部３２を含まない層とがストライプ状に交互に配置されたシリサイド層３１を形成することが可能になる。
【００７６】
本実施の形態では、前述の条件でレーザ光を照射するので、炭素析出部３１を含むシリサイド層３１の幅を２０μｍとし、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅を２０μｍとすることができる。これによって、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１の幅に対する、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅の比率を１．０とすることができる。
【００７７】
このような比率にすることによって、第１の実施の形態と同様に、シリサイド層３１の剥離を抑制するとともに、コンタクト電極であるシリサイド層３１を有効に低抵抗化することができる。
【００７８】
炭素析出部３１は、長方形のレーザ光のビームの中心部に、ビームの長軸方向ｄ２に平行に形成される。本実施の形態とは異なるが、レーザ光のエネルギー密度、ビーム走査速度およびステップ送り量を調整することによって、長方形のレーザ光のビームの端の領域に、ビームの長軸方向ｄ２に平行に炭素析出部３２を含むシリサイド層３１を形成させることも可能である。
【００７９】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態であるＳｉＣ半導体装置およびその製造方法について説明する。本実施の形態のＳｉＣ半導体装置は、前述の図１に示す第１の実施の形態のＳｉＣ半導体装置１と構成が類似するので、図示および共通する説明を省略する。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様のビームの形状が長方形のレーザ光を用いて、ビームの照射方法を変更することによって、レーザ光の照射痕に対する、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１、および炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の配置を変える。
【００８０】
レーザ光を金属膜３０に照射してシリサイド層３１を形成させる工程よりも前の工程は、前述の第１の実施の形態と同様であるので、記載を省略する。また、照射するレーザ光の種類およびエネルギー密度は、前述の第１の実施の形態で用いられるレーザ光と同様であるので、記載を省略する。
【００８１】
図１１は、レーザ照射痕と、炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置との関係を示す図である。本実施の形態では、レーザ光として、ビームのサイズが、レーザ光の最大強度に対して強度が半分になる領域が２００μｍ×１００μｍであるものを用いる。
【００８２】
レーザ光のビーム１００を走査方向Ｓに順次移動させて照射させることによって、シリサイド層３１が形成される。本実施の形態では、走査方向Ｓを、レーザ光のビームの長軸方向に対して４５°の角度を成す方向とする。具体的には、レーザ光のビームを、図１１の紙面に向かって斜め下４５°の方向に、７０μｍずつ移動させて照射することによって、ビームを重ね合わせて照射させる。ビーム径が２００μｍの方向では、１８０μｍずつ移動させて照射することによって、ビームを重ねて照射させる。
【００８３】
以上の条件でレーザ光を照射することによって、第１の実施の形態と同様に、炭素析出部３２を含む層と炭素析出部３２を含まない層とがストライプ状に交互に配置されたシリサイド層３１を形成することが可能になる。
【００８４】
本実施の形態では、前述の条件でレーザ光を照射するので、炭素析出部３２を含むシリサイド層の幅を８０μｍとし、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅を１６０μｍとすることができる。これによって、炭素析出部３２を含むシリサイド層の幅に対する、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅の比率を２．０とすることができる。
【００８５】
このような比率にすることによって、第１の実施の形態と同様に、シリサイド層３１の剥離を抑制するとともに、コンタクト電極であるシリサイド層３１を有効に低抵抗化することができる。
【００８６】
本実施の形態では、前述の条件でレーザ光を照射することによって、長方形のレーザ光のビームの中心付近に、図１１の紙面に向かって斜め下４５°方向に延びて、炭素析出部３２が形成される。本実施の形態とは異なるが、レーザ光のエネルギー密度、ビーム走査速度およびステップ送り量を調整することによって、長方形のビームの中心付近に炭素析出部３２を含まない層を形成することも可能である。
【００８７】
＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態であるＳｉＣ半導体装置およびその製造方法について説明する。本実施の形態のＳｉＣ半導体装置は、前述の図１に示す第１の実施の形態のＳｉＣ半導体装置１と構成が類似するので、図示および共通する説明を省略する。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様のビームの形状が長方形のレーザ光を用いて、ビームの照射方法を変更することによって、レーザ光の照射痕に対する、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１、および炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の配置を変える。
【００８８】
レーザ光を金属膜３０に照射してシリサイド層３１を形成させる工程よりも前の工程は、前述の第１の実施の形態と同様であるので、記載を省略する。また、照射するレーザ光の種類およびエネルギー密度は、前述の第１の実施の形態で用いられるレーザ光と同様であるので、記載を省略する。
【００８９】
図１２は、炭素析出部３２を含む層および炭素析出部３２を含まない層の配置を示す図である。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、レーザ光として、ビームのサイズが、レーザ光の最大強度に対して強度が半分になる領域が２００μｍ×１００μｍであるものを用いる。本実施の形態では、レーザ光は、ビーム径が２００μｍの方向のみに移動させるとともに、金属膜３０が形成されたＳｉＣ半導体基体１０が載置されるステージを回転させることによって、ビームを重ねて照射する。
【００９０】
以上の条件でレーザ光を照射することによって、炭素析出部３２を含む層と炭素析出部３２を含まない層とが同心円状に配置されたシリサイド層３１を形成することができる。
【００９１】
本実施の形態では、前述の条件でレーザ光を照射するので、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１の幅を５０μｍとし、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅を２５０μｍとすることができる。これによって、炭素析出部３２を含むシリサイド層３１の幅に対する、炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１の幅の比率を５．０とすることができる。
【００９２】
このような比率にすることによって、前述の第１の実施の形態と同様に、シリサイド層３１の剥離を抑制するとともに、コンタクト電極であるシリサイド層３１を有効に低抵抗化することができる。
【００９３】
本実施の形態とは異なるが、レーザ光のエネルギー密度、ビーム走査速度およびステージ回転速度を調整することによって、長方形のビーム中心付近に炭素析出部３２を含まないシリサイド層３１を形成することも可能である。
【００９４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  ＳｉＣ半導体基体、１１  ＳｉＣ基板、１２  ＳｉＣエピタキシャル（ＳｉＣドリフト）層、１３  ＳｉＣ基板の第１主面、１４  ＳｉＣ基板の第２主面、１５  イオン注入領域、１６  ショットキ領域、１７  ショットキ電極、１８  配線電極、１９  保護膜、２０  裏面電極、３０  金属膜、３１  シリサイド層、３２  炭素析出部、５０  レーザ光、１００  レーザ光のビーム。
【図１】
2017224694.tif 000003
【図２】
2017224694.tif 000004
【図３】
2017224694.tif 000005
【図４】
2017224694.tif 000006
【図５】
2017224694.tif 000007
【図６】
2017224694.tif 000008
【図７】
2017224694.tif 000009
【図８】
2017224694.tif 000010
【図９】
2017224694.tif 000011
【図１０】
2017224694.tif 000012
【図１１】
2017224694.tif 000013
【図１２】
2017224694.tif 000014