(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素半導体基板上に設けられ、周囲に比べて表面電子濃度が高いコンタクト領域と、
前記基板上に設けられ、炭化珪素の熱酸化膜と熱酸化以外の方法で成膜される絶縁膜とからなる積層絶縁膜と、
前記コンタクト領域上の一部で前記積層絶縁膜を貫通するように設けられるコンタクトホールと、
Ａｌ，Ｔｉ，およびＹのいずれかの金属で形成され、前記コンタクト領域に接するとともに前記コンタクトホールの底部を覆うように配設される第１の導体膜と、
Ｃｒ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｐｄ、TiN、およびZrNのうち、前記第１の導体膜と異なる導電体で形成され、前記第１の導体膜を覆うように配設される第２の導体膜とを含むコンタクト構造を、配線部材と別に備えることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置において、
前記コンタクト領域は、前記炭化珪素半導体基板表面に窒素、リン、ヒ素のｎ型不純物のイオン注入、および前記イオン注入後の活性化熱処理によって形成されることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置において、
前記コンタクト領域は、窒素を添加したエピタキシャル炭化珪素膜を前記炭化珪素半導体基板上に化学的に堆積することによって形成されることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置において、
前記積層絶縁膜の熱酸化膜は、厚さ５０ｎｍ未満であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置において、
前記積層絶縁膜は、前記熱酸化膜を含めた厚さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、SiC（炭化珪素）上にオーミックコンタクトを形成した炭化珪素半導体装置、およびこの炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ｎ型SiC表面に導体膜による電極を低抵抗でコンタクトさせるための製造方法として、高温熱処理を行わずに製造する技術が知られている(たとえば、特開平７−１６１６５８号公報)。上記の方法によれば、Ｓｉ基板表面にヘテロエピタキシャル成長させた3C-SiC膜(キャリア濃度１０17cm-3)を一旦熱酸化し、フッ酸を用いて酸化膜を除去することによって表面の変質部分を除去する。上記フッ酸による処理後に、シャドーマスクを用いた真空蒸着法でＴｉ層を形成し、Ｔｉ層の上からＮｉ層を積層することにより、室温でSiCと電極との間にオーミックコンタクトを形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｔｉ層上にＮｉ層を積層した電極を形成後に、ＴｉおよびＮｉ層の電極をドライエッチングする際に使用したマスクを周知の酸素プラズマ装置で灰化するとき、電極を酸素プラズマ雰囲気に晒すと、SiCと電極との間のコンタクト抵抗が増加してオーミックコンタクトが得られなくなることを発明者が見出した。
【０００４】
本発明の目的は、導体膜による電極形成後に酸素雰囲気内での処理に耐えるようにしたオーミックコンタクトを有する炭化珪素半導体装置、および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明は、炭化珪素半導体装置に関し、炭化珪素半導体基板上に設けられ、周囲に比べて表面電子濃度が高いコンタクト領域と、基板上に設けられ、炭化珪素の熱酸化膜と熱酸化以外の方法で成膜される絶縁膜とからなる積層絶縁膜と、コンタクト領域上の一部で積層絶縁膜を貫通するように設けられるコンタクトホールと、Ａｌ，Ｔｉ，およびＹのいずれかの金属で形成され、コンタクト領域に接するとともにコンタクトホールの底部を覆うように配設される第１の導体膜と、Ｃｒ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｐｄ、TiN、およびZrNのうち、第１の導体膜と異なる導電体で形成され、第１の導体膜を覆うように配設される第２の導体膜とを含むコンタクト構造を、配線部材と別に備えるようにしたものである。
【０００７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１〜５に記載の発明では、第２の導体膜が酸素雰囲気に晒されても第１の導体膜が酸化されにくくなる結果、低抵抗の良質なオーミックコンタクトが得られる。
（２）とくに、請求項２に記載の発明では、不純物イオンの注入とイオン注入後の活性化熱処理により炭化珪素半導体基板にコンタクト領域を形成するようにしたので、表面電子濃度が高いコンタクト領域が得られる。この結果、炭化珪素および導体間のショットキー障壁が下がってコンタクト抵抗を低くできる。
（３）とくに、請求項３に記載の発明では、窒素を添加したエピタキシャル炭化珪素膜により炭化珪素半導体基板にコンタクト領域を形成したので、表面電子濃度が高いコンタクト領域が得られる。この結果、炭化珪素および導体間のショットキー障壁が下がってコンタクト抵抗を低くできる。
（４）とくに、請求項４に記載の発明では、積層絶縁膜の熱酸化膜の厚さを５０ｎｍ未満としたので、熱酸化膜形成時の熱酸化処理を過度に行う必要がなく、炭化珪素基板表面が熱酸化で粗くなることがない。この結果、炭化珪素および導体間のショットキー障壁の上昇が抑えられ、コンタクト抵抗が高くなることもない。
（５）とくに、請求項５に記載の発明では、積層絶縁膜の厚さを１００ｎｍ以上としたので、たとえば、基板に対してドライエッチングなどの処理を行う際に、炭化珪素基板表面を保護できる。この結果、炭化珪素および導体間のショットキー障壁の上昇が抑えられ、コンタクト抵抗が高くなることもない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
−第一の実施の形態−
図１は、第一の実施の形態により製造される、導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。SiC基板１の表面のうち、オーミックコンタクトを形成する領域にｎ型領域２が形成されている。ｎ型領域２は高い表面電子濃度を有し、ｎ型領域２上でSiC基板１と後述する導体膜とが接触する。ｎ型領域２の表面電子濃度は、少なくとも１×１０１８／cm３以上にされており、好ましくは１×１０１９／cm３以上であることが望ましい。SiC基板１の伝導型は、オーミックコンタクト構造体を利用する半導体装置によって異なり、ＭＯＳＦＥＴの場合はｐ型、ＭＥＳＦＥＴやショトキーバリヤダイオードの場合はｎ型である。
【０００９】
SiC基板１の上には、SiCの熱酸化膜(SiO2)３とその上に堆積された上部絶縁膜４からなるフィールド絶縁膜５が形成されている。上部絶縁膜４は、たとえば、ＰＳＧ（リン珪酸ガラス）膜あるいはSiO2膜の積層膜である。熱酸化膜３の厚みは５０ｎｍ未満にされており、好ましくは５〜２０ｎｍの範囲であることが望ましい。また、フィールド絶縁膜５の総厚は、少なくとも１００ｎｍ以上にされており、好ましくは３００ｎｍ以上であることが望ましい。
【００１０】
フィールド絶縁膜５に設けられている開口部６は、ｎ型領域２上においてフィールド絶縁膜５の一部を貫通するコンタクトホールである。第１の導体膜７は、開口部６の底面のｎ型領域２が露出している部分に接し、かつｎ型領域２を覆うように埋設されている。第１の導体膜７の上には、常温耐酸化性の第２の導体膜８が埋設されている。第１の導体膜７は、ｎ型SiC基板１の仕事関数と概ね等しいか、これより小さいアルカリ金属元素、およびアルカリ土類金属元素を含まない導電性の材料により形成される。具体的には、Ａｌ，Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａのいずれか１つ、または２つ以上の元素で構成される金属膜、合金膜、化合物膜、あるいはこれらの複合膜である。第１の導体膜７の仕事関数がｎ型SiC基板１の仕事関数と概ね等しいと、導体膜７とSiC界面の界面準位が減少したときにショットキー障壁を著しく下降させる。つまり、第１の導体膜７の仕事関数がSiC基板１の仕事関数以下であると、ショットキー障壁が低くなり、SiCと導体膜間のコンタクト抵抗が小さくなる。
【００１１】
耐酸化性の第２の導体膜８は、Ｃｒ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、TiN、ZrNなどの耐酸化性材料により形成される。ここで耐酸化性とは、酸化種を第１の導体膜７に透過させない能力のことをいう。この耐酸化性が、結果として第１の導体膜７を酸化させないようにはたらく。ＰｔやＮｉは自ら酸化しにくい性質を有するが、酸化種（酸素ラジカルなど）を容易に透過するので、ここでいう耐酸化性材料には属さない。
【００１２】
第３の導体膜９は、上述したコンタクト部を他の部位と結線するための配線膜で、周知のＡｌ等の材料が選ばれる。
【００１３】
上述したオーミックコンタクト構造体の製造方法について、図２を参照して説明する。図２(a)において、SiC基板１の表面全面に、厚さ約１．５μｍのSiO2からなるマスク膜１００をＣＶＤ法で堆積する。マスク膜１００のｎ型領域に対応する部分１０１を周知のフォトリソグラフィとウェットエッチングで開口した後で、再びＣＶＤ法で薄いSiO2膜１０２を全面に堆積する。SiO2膜１０２は、後述するイオン注入の飛程（深さ）を調節するために設けられるもので、いわゆるイオン注入スルー膜である。本実施の形態による製造方法では、ｎ型不純物の高濃度分布がSiC基板１の表面から直ちに始まるように、スルー膜１０２の厚みが設定される。後述するＰイオン条件では、スルー膜１０２の厚みを２０〜２５ｎｍにする。
【００１４】
スルー膜１０２を堆積した後、SiC基板１の全面にＰ、Ｎ、Ａｓなどのｎ型不純物１０３を、少なくともSiC基板１の表面の不純物濃度が１×１０２０／cm３以上になり、かつ、SiCの結晶性を損なわないようにイオン注入する。Ｐをイオン注入する場合の最適条件の一例を示すと、５００℃の温度に加熱したSiC基板に次のドーズ量／加速エネルギーで多段注入するのがよい。５×１０１４ cm−２／４０ＫeV、５×１０１４ cm−２／７０ＫeV、１×１０１５ cm−２／１００ＫeV、１×１０１５ cm−２／１５０ＫeV、２×１０１５ cm−２／２００ＫeV、２×１０１５ cm−２／２５０ＫeV。
【００１５】
図２(b)において、イオン注入が終了したところで、マスク膜１００とスルー膜１０２とをフッ酸(HF)で全面除去する。フッ酸による処理の後から常圧のＡｒ雰囲気で１７００℃の温度に１分の急速加熱処理を行うと、イオン注入されたＰが充分に活性化され、高い電子濃度を有するｎ型領域２がSiCの所定の領域に形成される。ｎ型領域２の表面電子濃度が高いと、ショットキー障壁が低くなる。
【００１６】
図２(c)において、周知のＲＣＡ洗浄、すなわち、H2O2+NH4OH混合液SC-1とH2O2+HCl混合液SC-2による浸漬処理を組み合わせて行う半導体基板の洗浄などによってSiC基板１を十分に清浄する。清浄後のSiC基板１を酸素雰囲気でドライ酸化し、SiC基板１の表面に厚さ１０ｎｍの熱酸化膜３を成長させる。さらに、熱酸化膜３の上に常圧ＣＶＤ法によって厚さ４００ｎｍのＰＳＧ膜からなる上部絶縁膜４を堆積する。これにより、熱酸化膜３および上部絶縁膜４の２層からなるフィールド絶縁膜５が形成される。
【００１７】
SiC熱酸化膜３の形成は、表面研磨やイオン注入で生じたSiC基板１の損傷領域、およびSiC基板１の表面の異物を除去することを目的に行う。このため、SiC熱酸化膜の厚さは、上述したように５〜２０ｎｍが望ましい。熱酸化によってSiC熱酸化膜３を形成させると、SiC基板１の表面に存在するカーボンなどの異物がSiC熱酸化膜３内に取り込まれる。後述するように、開口部６内に形成されるSiC熱酸化膜３は除去されるので、SiC基板１の損傷領域と異物とを熱酸化膜３とともに除去できる。SiC熱酸化膜３の厚さが５ｎｍより薄いと、損傷領域を除去する効果および異物を除去する効果が乏しくなる。SiC熱酸化膜３の厚さが５０ｎｍより厚いと、過度な酸化によりSiC基板１の表面が次第に荒れてしまう。つまり、SiC熱酸化膜３の厚さは薄すぎても厚すぎても、SiCと導体膜間のコンタクト抵抗の低減に役立たない。
【００１８】
フィールド絶縁膜５の表面に厚さ１〜２μｍのフォトレジスト１０４を塗布し、露光、現像することによって、開口部６に対応する部分のフォトレジストを除去する。SiC基板１を緩衝フッ酸溶液（NH4F+HF混合液）に浸漬してウエットエッチングすることにより、フィールド絶縁膜５の所定領域に開口部６を形成する。このウエットエッチングにより、上述した熱酸化膜３が除去される。微細な開口部６を形成する場合には、CF4ガスプラズマなどを用いるドライエッチングを併用することができる。この場合には、最初にドライエッチングを行い、フィールド絶縁膜５を厚さ数１００ｎｍを残したところで、上記のウエットエッチングに切換える。フィールド絶縁膜５を貫通する時点でウエットエッチングを用いる理由は、次のとおりである。すなわち、ドライエッチングでフィールド絶縁膜５を貫通すると、SiC表面がプラズマ損傷を受けてSiC表面に大量の未結合手が発生し、未結合手がショットキー障壁の低下を妨げるからである。
【００１９】
図２(d)において、レジストマスク１０４が付着した状態のSiC基板１は、緩衝フッ酸溶液を超純水で完全にすすぎ落とし、乾燥させた後、直ちに高真空の背圧に維持された蒸着装置の中に載置される。SiC基板１の表面に第１の導体膜７を蒸着し、続いて耐酸化性の第２の導体膜８を真空のまま蒸着する。上述した開口部６の開口エッチングと、第１の導体膜７の蒸着との間の放置時間および雰囲気は、コンタクト抵抗の大小を左右する極めて重要な因子である。この放置時間が長いと、開口部６のSiC表面に自然酸化膜が生成されたり、異物が付着したりする。自然酸化膜や異物は、コンタクト抵抗を劇的に増加させる原因になるので、開口部６を形成した後は可能な限り早く第１の導体膜７を被着させる必要がある。また、第１の導体膜７と第２の導体膜８とを真空を破らずに連続して蒸着する理由は、活性な第１の導体膜７の表面が大気中の酸素（または水蒸気）と反応して酸化膜が形成され、正味のコンタクト抵抗が増大するのを防ぐためである。なお、第１の導体膜７が酸素に対して不活性である場合、たとえば、Ａｌ，Ｖ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａなどの材料の場合には、第２の導体膜８を不連続に蒸着してもよいし、第２の導体膜８を省略することもできる。
【００２０】
第１および第２の導体膜７、８を全面に被着させたSiC基板１を、アセトンなどの有機溶剤あるいは専用の剥離液に浸漬させ、SiC基板１の表面に残されているフォトレジスト１０４を完全に除去する。このとき、フォトレジスト１０４の上に被着している第１の導体膜７および第２の導体膜８もフォトレジスト１０４とともに除去される。この結果、図２(e)に示すように、開口部６内にのみ第１の導体膜７および第２の導体膜８が被着された基板構造ができあがる。上述したように、第２の導体膜８を耐酸化性材料により形成しているので、フォトレジスト１０４を除去する際に、第１の導体膜７が酸化されない。
【００２１】
上述した第１の導体膜７、第２の導体膜８のパターニング法の利点は、どのような種類、構造の導体膜でもパターニングが可能な点にある。この利点は、次の３つの場合にとくに有効である。▲１▼第１あるいは第２の導体膜の実用的なエッチング速度が得られるエッチャント、すなわち、エッチング液あるいはエッチングガスが存在しない場合、▲２▼第１あるいは第２の導体膜が酸素や水分に著しく反応する場合、あるいは、第１の導体膜が第２の導体膜のエッチャントに著しく反応する場合、▲３▼第１あるいは第２の導体膜とフィールド絶縁膜５との密着性が悪い場合である。たとえば、大気や水に対して活性なＴｉからなる第１の導体膜と、適当なエッチャントがないＲｕからなる第２の導体膜とで構成される積層膜をパターニングする場合などは、上記の利点が有効にはたらく。
【００２２】
図２(e)のSiC基板１の表面全面にＡｌなどの第３の導体膜材料を蒸着し、フォトリソグラフィとエッチングでパターニングして第３の導体膜９(Ａｌ配線)を形成すると、図１に示した導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体が完成する。第３の導体膜材料には、ＡｌのほかにＣｕ、Ｔｉ−Ｗ合金などを用いてもよい。なお、第３の導体膜９をパターニングする際にエッチャントが第２の導体膜８を侵すときは、第２の導体膜８を覆うように第３の導体膜９を配設する。
【００２３】
第一の実施の形態により製造されるオーミックコンタクトを精密に評価するために、評価用のリニアＴＬＭ（Transmission Line Model）コンタクト群を作成した。第１の導体膜７はＴｉ（８０ｎｍ厚）、第２の導体膜８はＲｕ（２００ｎｍ厚）、第３の導体膜９はＡｌ（３００ｎｍ厚）、フィールド絶縁膜５の熱酸化膜３は１１００℃の温度によるドライ酸化膜（１０ｎｍ厚）、上部絶縁膜４は常圧ＣＶＤで成膜したSiO2膜（４００ｎｍ厚）である。コンタクトの幅および長さは、それぞれ２００μｍ、１００μｍ、コンタクトの間隔はＬ＝６、１０、１５、２０、２５、３０μｍである。
【００２４】
リニアＴＬＭによる評価法は、長方形の素子分離領域（ここではｎ型領域）の長辺方向に、コンタクト間隔が異なる複数の方形のコンタクト群を横一列に並べた構造を作り、隣接する２つのコンタクト間の電流−電圧特性を測定してコンタクト抵抗を求めるものである。求めたコンタクト抵抗をコンタクト間隔の関数として整理し、これを直線近似して数式処理を行うことにより、精密なコンタクト抵抗ρｃ（Specific contact resistance）を求める。
【００２５】
図３は、コンタクト間隔をパラメータにして、隣接するコンタクト電極間の電流−電圧特性を示す。電流−電圧特性が原点を通る直線になることから、ＴＬＭを構成するすべての電極でオーミックコンタクトが得られている。図３の直線の傾きから求めたコンタクト電極間の抵抗とコンタクト電極間の距離との関係をプロットすると、図４のような近似直線が得られる。図４の近似直線から、ＴＬＭ法によるコンタクト抵抗ρｃ＝２．５×１０-6Ωcm2が求まる。第２の導体膜８Ｒｕを形成した後のリニアＴＬＭをレジスト灰化装置に収納し、３０分間酸素プラズマに晒してもコンタクト抵抗の増大はない。なお、酸素プラズマに晒したＲｕの表面は僅かに酸化してRuO2が形成されるが、RuO2は絶縁体ではなく導体であり、敢えて除去する必要のないものである。
【００２６】
第一の実施の形態による製造方法によれば、次の作用効果が得られる。
（１）SiC基板１の表面に厚さ１０ｎｍのSiC熱酸化膜３を形成し、コンタクトホール６部分のSiC熱酸化膜３を除去するようにした。SiC基板１の表面に異物があると、SiC熱酸化膜３に取り込まれる。SiC熱酸化膜３を除去することで、SiC基板１の表面の損傷領域と異物とをともに除去することができる。この結果、ショットキー障壁が低くなり、SiCと導体膜間のコンタクト抵抗が小さくなる。
（２）高い電子濃度を有するｎ型領域２をコンタクト形成領域に設けるようにしたので、ショットキー障壁が低くなってSiCと導体膜間のコンタクト抵抗が小さくなる。
（３）第１の導体膜７の仕事関数がｎ型SiC基板１の仕事関数以下となるようにしたので、ショットキー障壁が低くなり、SiCと導体膜間のコンタクト抵抗が小さくなる。
（４）ウエットエッチングすることによって、フィールド絶縁膜５の所定領域を貫通して開口部６を形成するようにした。ドライエッチングによってフィールド絶縁膜５を貫通させると、SiC表面がプラズマ損傷を受けてSiC表面に大量の未結合手が発生してしまう。しかし、ウエットエッチングを行うとプラズマ損傷が生じにくい。ショットキー障壁の低下を妨げる未結合手の発生が抑えられる結果、SiCと導体膜間のコンタクト抵抗が上昇することを防止できる。
（５）耐酸化性の第２の導体膜８を第１の導体膜７の上に形成するようにしたので、成膜後に第１の導体膜７が酸化されることを防止できる。この結果、導体に形成される酸化膜によってコンタクト抵抗が上昇することを防止できる。
【００２７】
−第二の実施の形態−
図５は、第二の実施の形態により製造される、導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。第一の実施の形態による図１と共通する部位は、図１と同じ符号を付して説明を省略する。図５において、厚さ５０ｎｍ未満のSiC熱酸化膜３'と、厚さ１００ｎｍ以上の上部絶縁膜４'とによってフィールド絶縁膜５'が形成されている。第１の導体膜７は、第一の実施の形態と同様に、開口部６の底面のｎ型領域２を覆うように設けられている。第１の導体膜７の上には、耐酸化性の第２の導体膜８'がコンタクトホール６の周縁のフィールド絶縁膜５'に乗りあがるように設けられている。
【００２８】
第２の導体膜８'は、Ｃｒ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、TiN、ZrNなどの耐酸化性材料により形成される。なお、第１の導体膜７が第２の導体膜８'の要件を兼備するとき、第１の導体膜７を省略することができる。逆に、第１の導体膜７を省略して第２の導体膜８'を残す構成にしてもよい。たとえば、Ａｌ膜やＴｉ／TiN積層膜（ＴｉがSiC側）を第１の導体膜７に選ぶと、第２の導体膜８'の省略が可能である。
【００２９】
第二の実施の形態によるオーミックコンタクト構造体の製造方法について、図６を参照して説明する。第二の実施の形態では、上部絶縁膜４'を先に堆積させて、後から熱酸化膜３'を成長させる点が第一の実施の形態と異なる。図６において、第一の実施の形態による図２と共通する部位は、図２と同じ符号を付して説明を省略する。SiC基板１の所定の領域に、高い電子濃度を有するｎ型領域２を形成するまでは第一の実施の実施の形態による製造方法と同じである。
【００３０】
図６(a)において、ＲＣＡ洗浄などによってSiC基板１を十分に清浄する。清浄後のSiC基板１の表面に、常圧ＣＶＤ法でSiO2からなる上部絶縁膜４'を堆積する。次に、SiC基板１を酸素雰囲気でドライ酸化し、SiC基板１と上部絶縁膜４'との間に、たとえば、１０ｎｍ厚のSiC熱酸化膜３'を成長させる。これにより、SiC熱酸化膜３'および上部絶縁膜４'の２層からなるフィールド絶縁膜５'が形成される。
【００３１】
SiC熱酸化膜３'の厚さは５０ｎｍ未満、好ましくは５〜２０ｎｍが望ましい。上述した第一の実施の形態と同様に、膜厚が薄すぎても厚すぎてもSiCと導体膜間のコンタクト抵抗の低減に役立たない。
【００３２】
第一の実施の形態による方法と同様に、フィールド絶縁膜５'の所定領域に開口部６を形成し、SiC基板１の表面に第１の導体膜７を蒸着する。次に、SiC基板１をアセトンなどの有機溶剤あるいは専用の剥離液に浸漬させ、SiC基板１の表面に残されているフォトレジスト１０４を完全に除去する。このとき、フォトレジスト１０４の上に被着している第１の導体膜７もフォトレジスト１０４とともに除去される。この結果、図６(b)に示すように、開口部６内にのみ第１の導体膜７が被着された基板構造ができあがる。
【００３３】
図６(c)において、十分に洗浄したSiC基板１の表面に第２の導体膜材料を蒸着させた後、フォトリソグラフィとエッチングでパターニングして第２の導体膜８'を形成する。第１の導体膜７の表面に絶縁性の自然酸化膜が形成されている場合は、第２の導体膜８'を蒸着する前に逆スパッタエッチを施して自然酸化膜を取り除く。
【００３４】
SiC基板１の表面全面に第３のＡｌなどの導体膜材料を蒸着して、フォトリソグラフィとエッチングでパターニングして第３の導体膜９を形成すると、図５に示した導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体が完成する。第３の導体膜材料には、ＡｌのほかにＣｕ、Ｔｉ−Ｗ合金などを用てもよい。なお、第２の導体表面８'に絶縁性の自然酸化膜が形成されている場合は、第３の導体膜９を蒸着する前に逆スパッタエッチを施して自然酸化膜を取り除く。また、第３の導体膜９をパターニングする際にエッチャントが第２の導体膜８'を侵すときは、第２の導体膜８'を覆うように第３の導体膜９を配設する。
【００３５】
第二の実施の形態により製造されるオーミックコンタクトを精密に評価するために、評価用のリニアＴＬＭコンタクト群を作製した。第１の導体膜７はＹ（１０ｎｍ厚）／TiN（１５０ｎｍ厚）からなる積層膜（ＹがSiCと接する）、第２の導体膜８'はＩｒ（２５０ｎｍ厚）、第３の導体膜９はＡｌ（３００ｎｍ厚）、フィールド絶縁膜５'の熱酸化膜３'は１１００℃の温度によるドライ酸化膜（１０ｎｍ厚）、上部絶縁膜４'は常圧ＣＶＤで成膜したSiO2膜（４００ｎｍ厚）である。コンタクトの幅および長さは、それぞれ２００μｍ、１００μｍ、コンタクトの間隔はＬ＝６、１０、１５、２０、２５、３０μｍである。以上の評価用のリニアＴＬＭコンタクト群を用いて評価すると、コンタクト抵抗ρｃ＝３．５×１０-6Ωcm2が求まる。
【００３６】
第二の実施の形態による製造方法によれば、次の作用効果が得られる。
（１）SiC基板１の表面に厚さ１０ｎｍのSiC熱酸化膜３'を形成し、コンタクトホール６部分のSiC熱酸化膜３'を除去するようにしたので、第一の実施形態と同様に、ショットキー障壁が低くなり、SiCと導体膜間のコンタクト抵抗が小さくなる。
（２）耐酸化性の第２の導体膜８'を第１の導体膜７'の上に形成するようにしたので、成膜後に第１の導体膜７'が酸化されることを防止できる。この結果、導体に形成される酸化膜によってコンタクト抵抗が上昇することを防止できる。
（３）第１および第２の導体膜７'，８'に対する成膜後の熱処理を不要にしたので、ＰＤＡ(Post-deposition anneal)法と異なり、製造工程を簡略化できる。
【００３７】
−第三の実施の形態−
図７は、第三の実施の形態により製造される導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。上述した図１、図５と共通する部位は、図１、図５と同じ符号を付して説明を省略する。図７において、SiC基板１"の表面のうち、オーミックコンタクトを形成する領域にｎ型メサ領域２"が形成されている。ｎ型メサ領域２"は、SiC基板１"の表面に形成された高い表面電子濃度を有するエピタキシャルSiC膜をエッチングで素子分離して形成する。ｎ型メサ領域２"の表面電子濃度は、少なくとも１×１０１８／cm３以上にされており、好ましくは１×１０１９／cm３以上であることが望ましい。ｎ型メサ領域２"は、イオン注入と活性化により作られた高濃度のｎ型層をメサエッチした構成でもよい。
【００３８】
第１の導体膜７"は、開口部６の底面のｎ型メサ領域２"が露出している部分に接し、かつ、コンタクトホール６の周縁のフィールド絶縁膜５に乗りあがるように設けられている。第１の導体膜７"の上には、耐酸化性の第２の導体膜８"が設けられている。第１の導体膜７"は、ｎ型SiC基板１"の仕事関数と概ね等しいか、これより小さいアルカリ金属元素、およびアルカリ土類金属元素を含まない導電性の材料により形成される。具体的には、Ａｌ，Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａのいずれか１つ、または２つ以上の元素で構成される金属膜、合金膜、化合物膜、あるいはこれらの複合膜である。
【００３９】
耐酸化性の第２の導体膜８"は、Ｃｒ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、TiN、ZrNなどの耐酸化性材料により形成される。第１の導体膜７"が耐酸化性を有する場合には、第２の導体膜８"を省略することができる。Ａｌ膜やＴｉ／TiN積層膜（ＴｉがSiC側）が第１の導体膜７"に選ぶと、第２の導体膜８"を省略してよい。
【００４０】
第三の実施の形態によるオーミックコンタクト構造体の製造方法について、図８を参照して説明する。図８において、図２、図６と共通する部位は、図２、図６と同じ符号を付して説明を省略する。図８(a)において、不純物として高濃度（１×１０１９ ／cm３以上）の窒素Ｎを含む厚さ数１００ｎｍのｎ型エピタキシャルSiC層２００を有するSiC基板１"の表面の所定の領域に、厚さ１．２μｍのSiO２をＣＶＤ法で堆積する。堆積したSiO２のうち、ｎ型領域に対応する部分を周知のフォトリソグラフィとエッチングで残して、エッチングマスク膜２０１とする。リソグラフィで使用したフォトレジストを除去した後、SF６とＯ２とをエッチャントガスに用いるリアクティブ・イオン・エッチング法で、エッチングマスク膜２０１の領域以外の不要なエピタキシャル層２００を除く。さらに、フッ酸を用いてエッチングマスク膜２０１を全面除去すると、図８(b)のように素子分離されたｎ型メサ領域２"が形成される。
【００４１】
図８(c)において、ＲＣＡ洗浄などでSiC基板１"を十分に清浄する。清浄後のSiC基板１"を酸素雰囲気でドライ酸化し、表面１"の表面に、たとえば、厚さ１０ｎｍの熱酸化膜３を成長させる。さらに、熱酸化膜３の上に常圧ＣＶＤ法によって、たとえば、厚さ４００ｎｍのSiO2からなる上部絶縁膜４を堆積する。これにより、熱酸化膜３および上部絶縁膜４の２層からなるフィールド絶縁膜５が形成される。
【００４２】
フィールド絶縁膜５の表面に厚さ１〜２μｍのフォトレジスト(不図示)を塗布し、露光、現像することによって、開口部６に対応する部分のフォトレジストを除去する。SiC基板１"を緩衝フッ酸溶液に浸漬してウエットエッチングすることにより、フィールド絶縁膜５の所定領域に開口部６を形成する。開口部６を形成した後、SiC基板１"に残されているフォトレジストを専用の剥離剤などを用いて除去する。
【００４３】
図８(d)において、開口部６を形成したSiC基板１"の表面をＲＣＡ洗浄などで充分に清浄した後、SiC基板１"を緩衝フッ酸溶液に瞬時浸漬することにより、ＲＣＡ洗浄時に開口部６の底部で生成された化学的酸化膜を除去する。化学的酸化膜を除去したSiC基板１"を超純水で十分すすぎ、乾燥させる。乾燥したSiC基板１"は、直ちに高真空の背圧に維持された蒸着装置の中に載置される。SiC基板１"の表面全面に第１の導体膜材料を蒸着し、続いて耐酸化性の第２の導体膜材料を真空のまま蒸着する。
【００４４】
十分に洗浄したSiC基板１"の表面に第１および第２の導体膜材料を蒸着させた後、フォトリソグラフィとエッチングでパターニングして第１の導体膜７"および第２の導体膜８"を形成する。パターンは、開口部６および開口部６の周縁のフィールド絶縁膜５上に両導体膜７"、８"が残る形状である。エッチングは、ドライエッチングでもウエットエッチングでもよい。
【００４５】
第１および第２の導体膜７"、８"をパターニングしたSiC基板１"の表面全面にＡｌなどの第３の導体膜材料を蒸着し、フォトリソグラフィとエッチングでパターニングして第３の導体膜９を形成すると、図７に示した導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体が完成する。第３の導体膜材料には、ＡｌのほかにＣｕ、Ｔｉ−Ｗ合金などを用てもよい。なお、第３の導体膜９をパターニングする際にエッチャントが第２の導体膜８"を侵すときは、第２の導体膜８"を覆うように第３の導体膜９を配設する。
【００４６】
第三の実施の形態により製造されるオーミックコンタクトを精密に評価するために、評価用のリニアＴＬＭコンタクト群を作製した。第１の導体膜７"はＴｉ（５０ｎｍ厚）／TiN（１５０ｎｍ厚）からなる積層膜（ＴｉがSiCと接する）、第２の導体膜８"はＡｌ、第３の導体膜９はＡｌ（４００ｎｍ厚）である。第２の導体膜８"と第３の導体膜９とはともにＡｌであり、第３の導体膜９は第２の導体膜８"の性質を明らかに兼備するので、第２の導体膜８"を省略してもよい。上記の第２の導体膜８"の厚さを記載しなかったのは、第２の導体膜８"を省略したためである。フィールド絶縁膜５の熱酸化膜３は１１００℃の温度によるドライ酸化膜（１０ｎｍ厚）、上部絶縁膜４は常圧ＣＶＤで成膜したSiO2膜（４００ｎｍ厚）である。コンタクトの幅および長さは、それぞれ２００μｍ、１００μｍ、コンタクトの間隔はＬ＝６、１０、１５、２０、２５、３０μｍである。以上の評価用のリニアＴＬＭコンタクト群を用いて評価すると、コンタクト抵抗ρｃ＝５．０×１０-6Ωcm2が求まる。
【００４７】
第三の実施の形態による製造方法によれば、次の作用効果が得られる。
（１）SiC基板１"の表面に厚さ１０ｎｍのSiC熱酸化膜３を形成し、コンタクトホール６部分のSiC熱酸化膜３を除去するようにしたので、ショットキー障壁が低くなり、SiCと導体膜間のコンタクト抵抗が小さくなる。
（２）耐酸化性の第２の導体膜８"を第１の導体膜７"の上に形成するようにしたので、成膜後に第１の導体膜７"が酸化されることを防止できる。この結果、導体に形成される酸化膜によってコンタクト抵抗が上昇することを防止できる。
（３）第１および第２の導体膜７"，８"に対する成膜後の熱処理を不要にしたので、ＰＤＡ(Post-deposition anneal)法と異なり、製造工程を簡略化できる。
【００４８】
−第四の実施の形態−
図９は、第四の実施の形態により製造される導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。上述した第三の実施の形態の変形例であり、第１の導体膜および第２の導体膜が省略され、第３の導体膜９"が第１の導体膜および第２の導体膜の役割を兼備する。図９において、図７と共通する部位には図７と同じ符号を付してある。
【００４９】
図９のオーミックコンタクト構造体の製造方法を図８を参照して説明する。図８(c)のようにフィールド絶縁膜５の所定領域に開口部６を形成した後、SiC基板１"に残されているフォトレジストを専用の剥離剤などを用いて除去する。SiC基板１"の表面をＲＣＡ洗浄などで充分に清浄した後、SiC基板１"を緩衝フッ酸溶液に瞬時浸漬することにより、ＲＣＡ洗浄時に開口部６の底部で生成された化学的酸化膜を除去する。化学的酸化膜を除去したSiC基板１"を超純水で十分すすぎ、乾燥させる。乾燥したSiC基板１"は、直ちに高真空の背圧に維持された蒸着装置の中に載置される。SiC基板１"の表面全面にＡｌなどの第３の導体膜材料を蒸着する。フォトリソグラフィとエッチングでパターニングして第３の導体膜９"を形成すると、図９に示した導体とSiCとのオーミックコンタクト構造体が完成する。第３の導体膜材料には、ＡｌのほかにＴｉ／Ｗ積層膜、Ｔｉ／TiN／Ａｌ積層膜などを用てもよい。
【００５０】
第四の実施の形態により製造されるオーミックコンタクトを精密に評価するために、評価用のリニアＴＬＭコンタクト群を作製した。第３の導体膜９"はＡｌ（５００ｎｍ厚）、フィールド絶縁膜５の熱酸化膜３は１１００℃の温度によるドライ酸化膜（１０ｎｍ厚）、上部絶縁膜４は常圧ＣＶＤで成膜したSiO2膜（４００ｎｍ厚）である。コンタクトの幅および長さは、それぞれ２００μｍ、１００μｍ、コンタクトの間隔はＬ＝６、１０、１５、２０、２５、３０μｍである。以上の評価用のリニアＴＬＭコンタクト群を用いて評価すると、コンタクト抵抗ρｃ＝５．３×１０-6Ωcm2が求まる。
【００５１】
以上説明したように第四の実施の形態による製造方法によれば、第１および第２の導体膜を省略し、第３の導体膜９"で第１および第２の導体膜の役割を兼備するようにしたので、製造工程をさらに簡略化することが可能になる。
【００５２】
以上の説明では、第１の導体膜７(７")がｎ型領域２(２")上においてｎ型領域２(２")と接触するようにしたが、第１の導体膜７(７")がｎ型領域２(２")およびSiC基板１(１")にまたがってｎ型領域２(２")およびSiC基板１(１")に接触するようにしてもよい。
【００５３】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明すると、SiC基板１,１"が炭化珪素半導体基板に、ｎ型領域２,２"がコンタクト領域に、SiC熱酸化膜３,３'が熱酸化膜に、上部絶縁膜４,４'が絶縁膜に、フィールド絶縁膜５,５'が積層絶縁膜に、開口部６がコンタクトホールに、第１の導体膜７,７"および第２の導体膜８,８'および８"が導体膜に、それぞれ対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態によるオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。
【図２】第一の実施の形態による製造方法を説明する図である。
【図３】ＴＬＭコンタクト群の電流−電圧特性を表す図である。
【図４】ＴＬＭコンタクト群のＴＬＭ特性を表す図である。
【図５】第二の実施の形態によるオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。
【図６】第二の実施の形態による製造方法を説明する図である。
【図７】第三の実施の形態によるオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。
【図８】第三の実施の形態による製造方法を説明する図である。
【図９】第四の実施の形態によるオーミックコンタクト構造体の要部断面図である。
【符号の説明】
１、１"…SiC基板、                  ２、２"…ｎ型領域、
３、３'…SiC熱酸化膜、              ４、４'…上部絶縁膜、
５、５'…フィールド絶縁膜、         ６…フィールド絶縁膜の開口部、
７、７"…第１の導体膜、             ８、８'、８"…第２の導体膜、
９、９"…第３の導体膜（配線膜）
【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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【図８】
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【図９】
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