(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化硅素基板上のオーミック電極を形成すべき領域にｎ型又はｐ型不純物となる第１元素のイオン注入を行ってイオン注入領域を形成する第１工程と、
該イオン注入領域の上面に前記第１元素を含む第１高融点金属化合物電極を形成する第２工程と、
該第１高融点金属化合物電極の上面に炭素を含む第２高融点金属化合物電極を形成する第３工程と、
前記基板、前記第１高融点金属化合物電極、及び前記第２高融点金属化合物電極をアニールする第４工程とを具備し、
前記第２高融点金属化合物電極を他との配線用のオーミック電極とすることを特徴とする炭化硅素半導体装置の電極形成方法。
【請求項２】
前記第２工程が、高融点金属薄膜を前記基板上に堆積した後に少なくとも前記イオン注入領域を覆う部分を残すようパターニングし、その後に前記第１元素を使用してプラズマ処理により前記第１高融点金属化合物電極を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の電極形成方法。
【請求項３】
前記第２工程が、高融点金属をターゲットとして前記第１元素を含むガス雰囲気中で反応性スパッタ法により前記基板上に第１高融点金属化合物薄膜を堆積し、その後少なくとも前記イオン注入領域を覆う部分を残すようパターニングして前記第１高融点金属化合物電極を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の電極形成方法。
【請求項４】
前記第２工程が、前記第１元素を含む高融点金属化合物をターゲットとして不活性ガス中で行うスパッタ法により前記基板上に第１高融点金属化合物薄膜を堆積し、その後少なくとも前記イオン注入領域を覆う部分を残すようパターニングして前記第１高融点金属化合物電極を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の電極形成方法。
【請求項５】
前記第３工程が、高融点金属薄膜を前記基板および前記第１高融点金属化合物電極に堆積した後に前記第１高融点金属化合物電極を覆う部分を残すようパターニングし、その後に前記炭素を使用してプラズマ処理により前記第２高融点金属化合物電極を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の電極形成方法。
【請求項６】
前記第１元素が、窒素、リン、アルミニウム、又は硼素のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電極形成方法。
【請求項７】
前記第１高融点金属化合物電極又は前記第２高融点金属化合物電極の当該高融点金属が、タングステン又はモリブデンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項８】
前記第４工程が、少なくとも実質的に電極として機能する箇所をレーザー光により局部的に加熱する工程であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化硅素半導体基板上に低コンタクト抵抗値で高温安定性を有するオーミック電極を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化硅素（ＳｉＣ：シリコンカーバイド）は、バンドギャップが約３ｅＶと広く、またシリコンに比べ約３倍の熱伝導度、約２倍の電子飽和速度を有することから、耐環境用デバイス、パワーデバイス等の材料として期待されている。
【０００３】
炭化硅素単結晶に対する電極としては、Ａｌ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｈｆ等の１０数種類の金属が検討されている。その内、ｎ型のオーミック電極としてはＮｉを９００〜１１００℃の温度でＡｒ中や真空中で０．５Ｋｓ程度熱処理したものなどが用いられ、またｐ型のオーミック電極としてはＴｉにＡｌを積層し、９５０〜１０５０℃で０．５Ｋｓ程度熱処理したものなどが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、炭化硅素半導体装置では、高温動作デバイスの応用が考えられており、前記した電極材料では高温安定性が不十分であった。また、炭化硅素基板に対する前記した各種オーミック電極の形成では、炭化硅素基板への不純物のドーピング濃度を１０19cm-3としたときコンタクト抵抗１０-6Ωcm2が得られたことが報告されているが、デバイス開発の立場からは、より一層のコンタクト抵抗の低減が望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、低コンタクト抵抗で高温安定性を示すオーミック電極を炭化硅素半導体装置に形成する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための第１の発明は、炭化硅素基板上のオーミック電極を形成すべき領域にｎ型又はｐ型不純物となる第１元素のイオン注入を行ってイオン注入領域を形成する第１工程と、該イオン注入領域の上面に前記第１元素を含む第１高融点金属化合物電極を形成する第２工程と、該第１高融点金属化合物電極の上面に炭素を含む第２高融点金属化合物電極を形成する第３工程と、前記基板、前記第１高融点金属化合物電極、及び前記第２高融点金属化合物電極をアニールする第４工程とを具備し、前記第２高融点金属化合物電極を他との配線用のオーミック電極とするよう構成した。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記第２工程が、高融点金属薄膜を前記基板上に堆積した後に少なくとも前記イオン注入領域を覆う部分を残すようパターニングし、その後に前記第１元素を使用してプラズマ処理により前記第１高融点金属化合物電極を形成する工程であるよう構成した。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、前記第２工程が、高融点金属をターゲットとして前記第１元素を含むガス雰囲気中で反応性スパッタ法により前記基板上に第１高融点金属化合物薄膜を堆積し、その後少なくとも前記イオン注入領域を覆う部分を残すようパターニングして前記第１高融点金属化合物電極を形成する工程であるよう構成した。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明において、前記第２工程が、第１元素を含む高融点金属化合物をターゲットとして不活性ガス中で行うスパッタ法により前記基板上に第１高融点金属化合物薄膜を堆積し、その後少なくとも前記イオン注入領域を覆う部分を残すようパターニングして前記第１高融点金属化合物電極を形成する工程であるよう構成した。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明において、前記第３工程が、高融点金属薄膜を前記基板および前記第１高融点金属化合物電極に堆積した後に前記第１高融点金属化合物電極を覆う部分を残すようパターニングし、その後に前記炭素を使用してプラズマ処理により前記第２高融点金属化合物電極を形成する工程であるよう構成した。
【００１１】
第６の発明は、第１乃至第５のいずれか１つの発明において、前記第１元素が、窒素、リン、アルミニウム、又は硼素のいずれかであるよう構成した。
【００１２】
第７の発明は、第１乃至第５のいずれか１つの発明において、前記第１高融点金属化合物電極又は前記第２高融点金属化合物電極の当該高融点金属が、タングステン又はモリブデンであるよう構成した。
【００１３】
請求項８の発明は、第１乃至第７のいずれか１つの発明において、前記第４工程が、少なくとも実質的に電極として機能する箇所をレーザー光により局部的に加熱する工程であるよう構成した。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態の製造方法を示す工程図である。まず、図１の(a)に示すように、単結晶の炭化硅素基板１の表面に、オーミック電極を形成すべき部分のみを露出させるようフォトリソグラフィを用いてマスク２を形成し、全表面に窒素イオンを注入することにより、その電極を形成すべき位置に窒素インプラ領域３を形成し、次いで図１の(b)に示すように、そのマスク２を除去する。
【００１５】
次に、図１の(c)に示すように、スパッタ法によって全表面にタングステン薄膜４を堆積する。
【００１６】
そして、図１の(d)に示すように、そのタングステン薄膜４の上に、フォトリソグラフィによりマスク５を形成して、フッ素ガス又は塩素ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、図１の(e)に示すように、電極を形成する領域以外のタングステン薄膜４のエッチング除去を行い、その後図１の(e)に示すように、マスク５を除去する。
【００１７】
次いで、図１の(f)に示すように、マイクロ波プラズマ反応装置を用い、窒素又はアンモニアを供給してタングステン薄膜４の窒化を行い、窒化タングステン電極６を得る。
【００１８】
次に、図１の(g)に示すように、スパッタ法によって全表面にタングステン薄膜７を堆積する。
【００１９】
次に、図１の(h)に示すように、電極を形成すべき領域にのみ、フォトリソグラフィを用いてマスク８を形成し、フッ素ガス又は塩素ガスを用いたＲＩＥにより電極を形成する領域以外のタングステン薄膜７のエッチング除去を行い、その後図１の(i)に示すように、マスク８を除去する。
【００２０】
最後に、図１の(j)に示すように、タングステン薄膜７上にマイクロ波プラズマ反応装置を用い、炭素を供給してタングステン薄膜７を炭化し、炭化タングステン電極９を得る。
【００２１】
その後、高温（1500℃〜1700℃）でアニールを行い、窒素インプラ領域３の窒素不純物を電気的に活性化させると共に結晶欠陥を回復させ、さらに、基板１、窒化タングステン電極６、炭化タングステン電極９の各々の界面に合金層を形成することで、オーミック電極が形成される。
【００２２】
以上により、窒素をイオン注入した領域３の表面の全域が窒化タングステン電極６により被覆されてからアニールが行われるので、インプラ領域３の窒素の外方拡散が防止され不純物濃度の低減が防止される。また、基板１と窒化タングステン電極６との界面にその窒化タングステン電極６から分解した窒素原子が拡散してくるので、インプラ領域３の窒素不純物濃度が逆に増大する。特に、タングステンは原子半径が大きいので炭化硅素基板１中への拡散は無視できるほどに小さく、窒化タングステン電極６は窒化タングステンの状態を保って窒素の拡散源として有効に働く。ただし、窒化タングステン電極６から分離された窒素により発生する圧力が平衡蒸気圧を越えると窒化タングステン電極６の継続的分解は抑止される。さらに炭化タングステン電極９が窒化タングステン電極６から分解した窒素原子の外方拡散を防止するのでこの面でもインプラ領域３の不純物濃度低減が防止される。
【００２３】
このように、炭化硅素基板１におけるインプラ領域３の不純物濃度の低減が防止されるばかりか逆にその濃度が増大するので、コンタクト抵抗が大幅に低減したオーミック電極を実現することができる。
【００２４】
また、炭化タングステン電極９は、窒化タングステン電極６の融点が低く高温で酸素と反応することからその窒化タングステン電極６の酸化を防ぐ保護膜としても働く。
【００２５】
また、炭化硅素基板１、窒化タングステン電極６、炭化タングステン電極９は熱膨張係数がほぼ同じであるため、その電極６、９の剥離や亀裂が生じることはない。
【００２６】
［その他の実施の形態］
なお、上記では炭化硅素基板１に打ち込むイオンとしてｎ型不純物となる窒素を使用する場合を説明したが、隣を使用することもでき、またｐ型不純物としてはアルミニウムや硼素を使用することもできる。
【００２７】
また、窒化タングステン電極６は、炭化硅素基板１にイオン注入した元素と同じ元素を含むタングステン化合物電極であれば、良い。
【００２８】
また、窒化タングステン電極６と炭化タングステン電極９はすべての部分において２重構造である必要はなく、窒化タングステン電極６はインプラ領域３を覆う部分のみに取出電極として形成し、炭化タングステン電極９を他に形成した窒化タングステン電極６と接続する配線電極として形成してもよい。
【００２９】
また、窒化タングステン電極６を得る別の方法として、タングステンをターゲットに用い、窒素、アンモニア又は窒素元素を含むガスの雰囲気中で行う反応性スパッタ法により、窒素インプラ領域３を含む基板１の表面全域に窒化タングステン薄膜を堆積させ、その後にＲＩＥにより電極６を形成すべき部分以外の窒化タングステン薄膜をエッチング除去する方法を採用することもできる。
【００３０】
また、窒化タングステン電極６を得る更なる別の方法として、窒化タングステンをターゲットに用い、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中でのスパッ法により、全表面に窒化タングステン薄膜を堆積させ、その後にＲＩＥにより電極６を形成すべき部分以外の窒化タングステン薄膜をエッチング除去する方法を採用することもできる。
【００３１】
また、最後の高温アニールを行う際、レーザ光により電極形成領域を局部的に加熱するアニール法を用いると、高温の熱処理炉が不要となる。
【００３２】
また、以上の説明では電極材料として窒化タングステン、炭化タングステンを用いたが、窒化モリブデン、炭化モリブデンを使用することもでき、その他高融点金属化合物を使用することができる。このとき、窒化タングステン電極の上面に炭化モリブデン電極を形成したり、あるいは窒化モリブデン電極の上面に炭化タングステン電極を形成することもできる。すなわち、異なった高融点金属薄膜の窒化物と炭化物を組み合わせることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、高い不純物濃度の炭化硅素基板上に高融点金属薄膜を形成するので、低コンタクト抵抗で高温において安定したオーミック電極を有する炭化硅素半導体装置を得ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の電極形成方法の工程図である。
【符号の説明】
１：炭化硅素基板、２：マスク、３：窒素インプラ領域、４：タングステン薄膜、５：マスク、６：窒化タングステン電極、７：タングステン薄膜、８：マスク、９：炭化タングステン電極。
【図１】
0004119968.tif 000002