(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板にオーミック性接合電極を設けた半導体装置において、
前記シリコン基板に対し、熱酸化法又はＯ２プラズマ酸化法によって２酸化シリコンを形成し、該２酸化シリコンに対し、希沸酸を用いてエッチングを施して、前記２酸化シリコンおよび前記シリコン基板の界面に介在するシリコンサブ酸化膜を露出させ、該シリコンサブ酸化膜上に前記オーミック性接合電極を形成して成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
シリコン基板にオーミック性接合電極を設ける半導体装置の製造方法において、
前記シリコン基板に対し、熱酸化法又はＯ２プラズマ酸化法によって２酸化シリコンを形成すること、
前記２酸化シリコンに対し希沸酸を用いてエッチングを施して、前記２酸化シリコンおよび前記シリコン基板の界面に介在するシリコンサブ酸化膜を露出させること、
前記シリコンサブ酸化膜上に前記オーミック性接合電極を形成する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】
【産業上の利用分野】
本発明はオーム性接合電極及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン電子デバイスを作る上で金属半導体接合は重要な要素である。この接合には、整流性を示すショットキー接合、他は整流性のないオーム性接合の２つがある。ｎ型シリコン基板と金属を接触させて良好な低接触抵抗を示すオーム性接合電極を形成するには、理論上、シリコン基板の不純物濃度を１０20ｃｍ-3以上にする必要がある。実用的には、シリコン基板の不純物濃度が１０19から１０20ｃｍ-3でオーム性接合を作っている。シリコンに不純物を多量に導入するために、イオン注入・熱処理法や不純物デポジション・熱拡散法などの方法が使われてきた。
【０００３】
最近のシリコンウェーハの大口径化に伴い、ウェーハの厚さは厚くなっている。縦型構造のパワーデバイスにおいては、ウェーハの厚さが厚くなることは、オン抵抗の上昇を引き起こすことになるので、このオン抵抗の上昇を抑えるためにウェーハ表側のデバイスを作製した後、組み立て前にウェーハを裏側から削って薄くする。この裏側を薄くした後、裏側にオーム性接合電極を作製する。しかしながら、このときシリコン基板の不純物濃度は、１０20ｃｍ-3よりも低いことが多い。表側にデバイスがすでにできており、Ａ１などの金属配線がなされているため、高温熱処理が困難であり、イオン注入・熱処理法や不純物デポジション・熱拡散法を使って意識的に不純物をシリコン基板に導入することはできない。又、特開平７−３０７３０６号に示すように半導体基板表面に電荷を内存する薄膜を設けてオーム性電極を形成することも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題に対して、たとえシリコン基板の不純物濃度が１０20ｃｍ-3よりも低くても良好な低接触抵抗を示すオーム性接合を提供するものである。通常、シリコン基板の不純物濃度が低いとき、その上に金属膜を堆積させると、金属とシリコン基板の間でショットキー接触となる。このような場合でも、金属とシリコン基板の間にシリコン酸化膜を介することで、良好な低接触抵抗を示すオーム性接合を得る。
【０００５】
シリコン基板にオーミック性接合電極を設けた半導体装置において、シリコン基板に対し、熱酸化法又はＯ２プラズマ酸化法によって２酸化シリコンを形成し、該２酸化シリコンに対し、希沸酸を用いてエッチングを施して、２酸化シリコンおよびシリコン基板の界面に介在するシリコンサブ酸化膜を露出させ、該シリコンサブ酸化膜上にオーミック性接合電極を形成して成ることを特徴とする。
シリコン基板にオーミック性接合電極を設ける半導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、熱酸化法又はＯ２プラズマ酸化法によって２酸化シリコンを形成すること、２酸化シリコンに対し希沸酸を用いてエッチングを施して、２酸化シリコンおよびシリコン基板の界面に介在するシリコンサブ酸化膜を露出させること、シリコンサブ酸化膜上にオーミック性接合電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０００６】
シリコン基板を熱酸化法やプラズマ酸化法で酸化させると、２酸化シリコン（ＳｉＯ2）がシリコン基板上には生成される。この２酸化シリコンとシリコン基 板の界面には、２酸化シリコン（ＳｉＯ2）ではなく、サブシリコン酸化膜［Ｓ ｉＯｘ（ｘ＝０．５，１．０，１．５）］が形成される。このサブシリコン酸化膜の厚さは界面から２ｎｍ程度である。本発明の電極構造のシリコン酸化膜とはこのサブ酸化膜［ＳｉＯｘ（ｘ＝０．５，１．０，１．５）］のことである。金属膜とサブシリコン酸化膜とを接触させることによって、良好で低接触抵抗を示すオーム性接合が得られる。サブシリコン酸化膜の化学的な活性さによって、本発明の効果が得られるものと思われるが、詳細な理由は明確ではない。２酸化シリコン層と金属膜を接触させると、効果はまったくなくなる。
【０００７】
【実施例】
図１は本発明の一実施例を示す断面図で図中１はシリコン基板、２はシリコンサブ酸化膜、３は電極金属である。図２は本発明の酸化膜の厚さの有効性を調べるためのデバイス構造を示す。使用したシリコン基板は、抵抗率が２ｍΩｃｍ（不純物濃度：８×１０19ｃｍ-3）のｎ+シリコン基板６に、抵抗率が０．５Ωｃ ｍ（不純物濃度：１０16ｃｍ-3）のシリコンエピタクシャル層５を５μｍ成長させたものを使用した。このエピタクシャル面はミラーポリッシュ加工されており、表面のひずみは小さい。
【０００８】
図２の構造を作製するための製造プロセスは、まず、シリコン基板を希沸酸で１分間洗浄した後、ドライ酸化法を用いて８００℃、３０分間酸化させた。酸化膜厚は約３ｎｍである。次に、その酸化膜の厚さを変えるために希沸酸（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１００）液中に一定の時間だけ浸漬させた。この希沸酸で上記３ｎ ｍの酸化膜を完全にエッチングするには、１００秒の時間がかかった。さらに、上部電極４を形成するために、シリコンエピタクシャル層５の上にチタン膜をスパッタ法で５００ｎｍの厚さに堆積した後、ホトリソグラフィ技術を使って図２に示すように０．９ｍｍ角にパターン化した。チタンの化学エッチングには希沸酸を使用した。エッチング時間は２．５分間である。ホトレジストは、沸騰硝酸を用いて除去した。最後に、シリコン基板の裏側にチタンを１００ｎｍ、ニッケルを５００ｎｍ、銀を１００ｎｍ真空蒸着し、下部電極７を形成した。下部電極７はオーム性接合電極である。
【０００９】
図３は各ＨＦ浸漬時間に対する評価デバイス（図２）の電流−電圧特性を示すもので、図２において電極４をプラス（＋）、電極７をマイナス（−）にした時を第一象限に示し（順方向特性）、又極性を逆にした時を第３象限に示した（逆方向特性）ものである。ＨＦ浸漬しない時（酸化膜の厚さ３ｎｍ）図中特性Ａに示すように順方向、逆方向共、電流は全く流れない。ＨＦ浸漬時間を増加するのに伴って電流は両方向共流れ始め酸化膜が厚さ１．５ｎｍで（浸漬時間５０秒）で特性Ｂに示すオーミック特性が得られている。更に浸漬時間を増し約１００秒で酸化膜はなくなり特性Ｃに示す整流特性（ショットキー特性）になった。
【００１０】
図４は図３の電流−電圧特性から抵触抵抗の変化を示す値（ΔＲ）のＨＦ浸漬時間依存性を示す特性図で横軸は浸漬時間Ｓ（秒）、縦軸に変化値ΔＲ（ｍΩｃｍ2）を示す。なお、ΔＲは酸化膜を介さない従来デバイスの抵抗値（図３Ｃ） を基準に算出した。又、この時の抵抗値は第１象限の特性から求めた。この方法により接触抵抗以外の抵抗成分は相殺され、接触抵抗の変化分のみ得られる。ΔＲの値がマイナス（負）であることは従来デバイスより接触抵抗が減少していることを意味する。このマイナス領域は図４から明らかなように浸漬時間で２５秒〜９０秒の範囲即ち残余の酸化膜の厚さ２．２５ｎｍ〜０．３ｎｍに相当する。
【００１１】
図５は酸化法をＯ2プラズマ照射法および基板を２ｍΩｃｍにしたとき、接触 抵抗が改善されるかどうかを調べるためのデバイス構造を示す。使用したシリコン基板は、抵抗率が２ｍΩｃｍ（不純物濃度：８×１０19ｃｍ-3）のｎ+シリコ ン基板６を使用した。この構造を作製するため、まず、シリコン基板を希沸酸で１分間洗浄した後、マイクロ波プラズマ照射装置で酸素プラズマをシリコンに照射させた。すなわち、シリコン基板の表側のみに酸素プラズマを照射させ、酸化させた。プラズマパワーを１０００Ｗ、酸素圧を０．５Ｔｏｒｒ、照射時間を２分とした。このときの酸化膜の厚さは２．５ｎｍであった。次に、その酸化膜の厚さを変えるために希沸酸（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１００）液中に一定時間だけ浸 漬させ、さらに、上部電極４を形成するために、シリコンの上にチタン膜をスパッタ法で５００ｎｍの厚さに堆積した後、ホトリソグラフィ技術を使って０．９ｍｍ角にパターン化した。チタンの化学エッチングには希沸酸を使用した。エッチング時間は２．５分間である。ホトレジストは、沸騰硝酸を用いて除去した。最後にシリコン基板の裏側にチタンを１００ｎｍ、ニッケルを５００ｎｍ、銀を１００ｎｍ真空蒸着し、下部電極７を形成した。下部電極７はオーム性接合電極である。
【００１２】
図６は酸化膜厚に対するデバイスの（図５）電流−電圧特性を示したものである。この特性は、図５において上部電極４をプラス、下部電極７をマイナスにしたときと第１象限に描き、逆の場合を第３象限に描いている。ＨＦ浸漬をしないとき（酸化膜厚：２．５ｎｍ）、電流は順、逆の両方向とも流れていない（Ａ）。ＨＦ浸漬を３０秒行って、酸化膜の厚さを、１．６ｎｍとしたとき、電流−電圧特性Ｂが得られた。さらに、浸漬時間を９０秒行って酸化膜を完全にエッチングすると電流−電圧特性はＣになった。図６から明らかなように、酸化膜を１．６ｎｍ残したときに得られた特性Ｂは酸化膜のないときの特性Ｃよりも抵抗は低減している。特性Ｃにおいてもオーミック特性が得られているのは抵抗率が２ｍΩｃｍの基板を使用したためである。結果として、酸化膜を介した電極構造とすることでより低い接触抵抗を持ったオーミック特性が得られることがわかった。この実施例では、上部電極４の金属膜をチタンとしたが、チタン以外の金属膜たとえばクロムに対しても同様に本発明の効果を確認した。
【００１３】
図７は本発明の電極構造にパワーＭＯＳＦＥＴ（６０Ｖ、４０Ａ級）のドレイン電極に適用したＭＯＳＦＥＴの出力特性図で図中特性Ｂは従来例（酸化膜なし）特性Ａは実施例を示す。従来例のドレイン電極構造の出力特性Ｂのオン抵抗は、１９．０４ｍΩであるのに対して、酸化膜を介したドレイン電極構造の出力特性Ａのオン抵抗は、１６．３１ｍΩとなり、酸化膜を介さない電極構造の出力特性のオン抵抗よりも約１４．３％低下した。なお、ＭＯＳＦＥＴはアンチモン添加した抵抗率が１７ｍΩｃｍ（不純物濃度約１０18ｃｍ-3）シリコン基板にソース領域、ドレイン領域、ゲート等の能動領域を形成した後、ウェーハの裏側を削って薄くし、その表面に厚さ１．２ｎｍのシリコン酸化膜をシリコン基板の裏側に形成した。その後、チタンを１００ｎｍの厚さだけ真空蒸着し、さらに引き続きニッケルを５００ｎｍ、銀を１００ｎｍの厚さだけ真空蒸着しドレイン電極とした。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、０．３〜２．２５ｎｍのシリコンサブ酸化膜を金属膜とシリコン基板の間にはさむことにより、良好なオーミック接触電極が得られ、高性能デバイスの開発に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図
【図２】本発明の有効性を評価するデバイスの構造図
【図３】評価デバイスの電圧−電流特性図
【図４】ＨＦ浸漬時間依存性を示す特性図
【図５】他の評価デバイスの電流−電圧特性図
【図６】評価デバイスの電流−電圧特性図
【図７】本発明をＭＯＳＦＥＴに適用した出力特性図
【符号の説明】
１，６  シリコン基板
２      シリコンサブ酸化膜
３      電極金属
４，７  電極
５      エビタキシアル層
【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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