(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板または半導体素子のコンタクト部分に、少なくとも１つの電極をオーミック接続する半導体電極の形成方法において、
前記半導体基板または前記半導体素子を、所定の位置に保持する工程と、
電極用の金属材もしくは合金材を前記半導体基板の所定領域に押接して、摩擦熱を発生させ、前記押接による摩擦力と前記摩擦熱により、
前記半導体表面に前記金属材もしくは合金材を前記所定領域に付着させる工程とを含むことを特徴とする半導体電極の形成方法。
【請求項２】
前記押接による摩擦力と前記摩擦熱により、
前記半導体表面に前記金属材もしくは合金材を前記所定領域に付着させるとともに、
前記付着した金属材もしくは合金材を前記半導体基板の内部に拡散させる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体電極の形成方法。
【請求項３】
半導体基板または半導体素子のコンタクト部分に、少なくとも１つの電極をオーミック接続する半導体電極の形成方法において、
前記半導体基板または前記半導体素子を、所定の位置に保持する工程と、
電極用の金属材もしくは合金材を前記半導体基板の所定領域に押接して、摩擦熱を発生させ、前記押接による摩擦力と前記摩擦熱により、
前記半導体表面に前記金属材もしくは合金材を前記所定領域に付着させる工程と、前記付着した金属材または合金材を熱処理する工程とを含むことを特徴とする半導体電極の形成方法。
【請求項４】
前記金属材もしくは合金材は、回転体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体電極の形成方法。
【請求項５】
前記回転体は、円筒状の形状を有し、該回転体の少なくとも外周部に前記金属材もしくは合金材が固着されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体電極の形成方法。
【請求項６】
前記回転体は、外周部にブラシ形状を有する金属材または合金材が固着されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体電極の形成方法。
【請求項７】
前記回転体は、該回転体の一側面にブラシ形状あるいはリング状の金属材または合金材が固着されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体電極の形成方法。
【請求項８】
前記金属材もしくは合金材は、振動体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体電極の形成方法。
【請求項９】
前記金属材は、前記半導体基板に対して、Ｎ型またはＰ型ドーパントとなる金属であることを特徴とする請求項１に記載の半導体電極の形成方法。
【請求項１０】
半導体基板または半導体素子のコンタクト部分に、少なくとも１つの電極をオーミック接続する半導体電極の形成方法において、
前記半導体基板上に、１つ以上の開口部を有するメタルマスクを設ける工程と、金属材からなる回転体もしくは振動体を、所望の速度で回転もしくは移動させながら、前記開口部により露出された前記半導体基板の所定領域に押接して摩擦熱を発生させ、
前記押接による圧力と前記摩擦熱により、前記半導体表面に前記金属材もしくは合金材を前記所定領域に付着させるとともに、
前記付着した金属材もしくは合金材を前記メタルマスクの開口部より、前記半導体基板の内部に拡散させる工程とを含むことを特徴とする半導体電極の形成方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかの方法により形成されたオーミック電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
摩擦力および摩擦熱により、半導体基板表面に付着するとともに拡散された金属材または合金材からなるオーミック電極を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体電極の形成方法に関し、特に半導体基板上に形成されたオーミック電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属電極と半導体または金属とのオーミックコンタクト形成には、以下の様な手段が取られている。
【０００３】
半導体基板上に直接に電極材料を堆積するか、半導体素子上にコンタクト穴を有する絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に電極材料を堆積する。
【０００４】
図６に示すように、このコンタクト穴１１は、エッチングにより半導体基板２０上の絶縁膜（酸化膜等）１０を除去し、形成される。次いで電極材料１３を絶縁膜上に堆積する。この堆積には、スパッターなどのＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置あるいはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いる。その後、電極材料の全体にレジストを塗布し、ホトマスクを用いてレジストを露光し、現像することで所定のパターンをレジスト上に形成する（図示せず）。その形成されたレジストパターンを利用して、堆積した電極材料をドライエッチングし、半導体素子のコンタクト部分に対応する位置に所定の形状を有する電極１３を形成する。次いでその電極材料の一部を半導体素子のコンタクト部分に拡散させる。この拡散によりこれら電極材料及びコンタクト部分の界面部分に混合層が形成され、電極材料と半導体素子のコンタクト部分とがオーミック接触を形成し、オーミック電極となる。
【０００５】
オーミック電極を形成する所定の半導体基板上には、電極材料を堆積する前に、予め不純物を多量に導入し、１０２０ｃｍ−３程度の高濃度な不純物層１２を形成しておく。不純物導入は、通常イオン注入や不純物デポジションなどが用いられ、その後、導入した不純物を活性化または、拡散させるために熱処理が行われる。
【０００６】
あるいは、ドナーあるいはアクセプタとなりうるドーパント金属材料を半導体基板上に堆積し、その後、熱処理により半導体基板中に拡散させＮ型またはＰ型層を形成する場合もある。
【０００７】
半導体素子上にオーミック電極用の電極形成材料層を形成する成膜装置としては、例えば蒸着やスパッターなどのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などがある。詳しくは、文献“ＵＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｃ．Ｙ．Ｃｈａｎｇ．ｅｔ．ａｌ”、ＭａｃＧＲＡＷＨＩＬＬ（１９９６）、ｐｐ．３７９−３９５に記載されている。このような材料層を形成した半導体基板２０は、その後、シンタリング等の熱処理が施される。これにより、この材料層に下地の半導体材料が拡散して反応し、オーミックコンタクトを形成する。
【０００８】
良好なオーミックコンタクトを形成するには、電極形成材料を積層する直前に、半導体の表面に存在する自然酸化膜を剥離しなければならない。この自然酸化膜の剥離には、エッチング工程が必要となる。
【０００９】
また、金属電極と金属とのオーミック接続としては、半導体装置におけるワイヤーボンディングが代表例であり、摩擦を利用した超音波ボンディングを用いて両金属の接続が行われる。この場合、下地の金属はボンディングパッドと称する、数十ミクロン程度の比較的大きな一定の形状にワイヤーと称する金属を接続する方法である。
【００１０】
一方、超音波ボンディング装置を用いて、半導体基板に直接に金属を接着させる方法は、ほとんど実施されていない。下地が半導体基板である場合は、金属材と半導体基板との接着性が悪く、実用的でないためである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、オーミックな電極を形成するのに多くの工程が必要である。具体的には、半導体表面の自然酸化膜を除去するエッチング工程、電極材料を堆積させる工程、シンタリングするための熱処理工程、半導体基板に不純物層を形成するためのイオン打ち込み工程などの多くの工程が必要である。これは、半導体素子の製造に要する時間が長くなる、すなわち、ＴＡＴ（ターン・アラウンド・タイム）が長くなり、製品供給に時間が掛かり、さらに製造コストが高くなるなどの問題がある。
【００１２】
さらに上記の各工程で使用する装置、例えば、イオン打ち込み装置やＰＶＤ装置などは、いずれも高額な設備であり、製造コストを低減できないという問題があった。
【００１３】
また、半導体チップにおいて、金属ワイヤーと金属パッドを接続する手段として、従来より多用されているワイヤーボンディング装置がある。この装置は、振動により物理的に金属ワイヤーと金属パッドを接続するものであるが、これを半導体基板と金属との接続に応用するには、半導体表面に不純物濃度を高濃度にした領域を設けることが必要であり、そのようにしても半導体基板と金属との接着性の確保が難しく、良好なオーミック特性を得難いという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、従来の半導体前工程で使用されるような高額な設備を用いずに、しかも従来の後工程で使用されているワイヤーボンディング装置では実現の難しい半導体と金属の間のオーミック接続を、短時間でかつ効率的に形成する方法およびそれを用いた半導体装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、半導体基板または半導体素子のコンタクト部分に、少なくとも１つの電極をオーミック接続する半導体電極の形成方法において、
１）半導体基板または前記半導体素子を所定の位置に保持し、電極用の金属材もしくは合金材を半導体基板の所定領域に押接して、摩擦熱を発生させ、その押接による摩擦力と摩擦熱により、半導体表面に金属材もしくは合金材を所定領域に付着させ、同時に、付着した金属材もしくは合金材を半導体基板の内部に拡散させることによって達成される。
２）なお、金属材もしくは合金材は回転体であって、その回転体は円筒状の形状で、少なくとも外周部に金属材もしくは合金材が固着されている。
３）あるいは、回転体は、外周部にブラシ形状を有する金属材または合金材が固着されていてもよい。
４）また、回転体は、その回転体の一側面にブラシ形状あるいはリング状の金属材または合金材が固着されていても構わない。
５）金属材もしくは合金材は、振動体を用いてもよい。
６）また、半導体基板に対して、Ｎ型またはＰ型ドーパントとなる金属材を用いることもできる。
【００１６】
本発明では、シリコンもしくはその他の半導体の電極形成部にアルミ等の電極材により構成された回転体もしくは振動体を高速動作させ、半導体表面に押接させることにより、半導体表面に局所的に発生する摩擦により半導体表面に電極材を付着させ、高速動作による高い局所的な摩擦熱によりシンタリングの効果が発生し、オーミック電極を形成するとことが可能となる。
【００１７】
また、半導体表面不純物濃度を上げ、ｎ＋，ｐ＋層を構成する際に、電極材料を選択することにより、半導体表面にｎ＋，ｐ＋の層を容易に形成が可能となり、摩擦熱の効果によりシンタリングなどの高温熱処理を省略することも可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施例につき説明する。尚、図面はこの発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、従ってこの発明を図示例に限定するものではない。
＜実施例１＞
図１は、本発明に使用される回転体の模式図である。
回転体１は、半導体基板上２に形成を予定しているオーミック電極の電極材（金属材もしくは合金材）と同じ材料から構成されている。たとえば、電極材としてＡｌ（アルミニューム）を用いることができる。この他に、金、銀、白金、銅、ニッケル、インジューム、チタン等、半導体素子の電極材として使用される導体金属ならいずれでも適用が可能である。
【００１９】
回転体１は、全体がこの電極材で構成されていても良いが、回転体１の外周部３のみが電極材になっていれば十分である。
【００２０】
なお、回転体１の外周部３に電極材を固着する方法は、例えば、回転ディスクにメッキまたはリング状の電極材を取り付けるなどがある。
【００２１】
この回転体１を高速に動作させ、半導体基板２の表面に接触させる。この時、本実施例で使用した回転体の回転速度は、約１２００回転／分である。半導体基板との接触により摩擦力および摩擦熱が発生し、半導体表面にある酸化膜１０または自然酸化膜が除去され、同時に回転体１に固着されている電極材が半導体表面に付着する。なお、ここで示した回転体１の回転速度は、一例に過ぎず、電極形成部の形状、回転体の形状などに応じて、最適な条件を用いる必要がある。
【００２２】
摩擦熱により、半導体基板に付着した金属材が半導体基板の内部に拡散し、電極が形成される。
【００２３】
摩擦熱により、金属と半導体間が良好なオーミックになる場合は、シンターなどの熱処理工程を省くこともできる。
【００２４】
図２は、本発明で用いる回転体１の別の形態の模式図である。
回転体１の外周部にブラシ状電極材４が取り付けられている。使用される電極材は、図１の説明で用いた材料と同一である。
このブラシ状の電極材は、図２に示す島状の異形半導体５などに金属材を付着させる場合に適した構造となっている。
【００２５】
図３は、本発明で用いる別の実施形態であり、振動体６の模式図である。
振動発生装置を内蔵した筐体７の先端部分に、振動体６が取り付けられていて、その振動体は電極材となる金属材で構成されている。使用される電極材の種類は、前述の図１に用いられた電極材と同一である。先端部に取り付けられた電極材が矢印１００の方向に振動または矢印２００の方向に高速で回転する。この先端部を半導体基板に接触させ、摩擦力および摩擦熱を発生させる。金属材の付着、および拡散、シンターは図１の説明の通りである。
【００２６】
図４は、さらに別の実施形態を示す。ここでは、図４（ａ）に示すように、回転体１の一側面にリング状の電極材が固着され、その取り付け状態は図４（ｂ）の断面図に示されている。
また、図５（ａ）には回転体１の一側面にブラシ状の電極材が取り付けられている。図５（ｂ）には、その取り付け状態を示す断面図が示されている。
なお、回転体１は、図４および図５のいずれの場合も、半導体基板に対して平行な方向に回転している。
【００２７】
以上の方法に対して、従来の電極形成方法を以下に示す。
【００２８】
図６は、半導体基板にオーミック電極を形成する従来のプロセス・フローを示す図である。
【００２９】
図６（ａ）は、半導体基板２０上の酸化膜１０をエッチングにより除去し、電極を形成する所定領域にコンタクト穴１１を形成した図を示す。エッチングは、バッファードＨＦ液によるウエットエッチングまたは、ＣＨ４などのガスを用いたドライエッチングにより行う。コンタクト穴１１のパターニングは、ホトマスクおよびレジストを用いた通常のプロセスを用いて行われる。
【００３０】
図６（ｂ）は、電極が形成されるコンタクト部に高濃度のｎ型またはｐ型の不純物層１２を示す。この不純物層は、イオン打ち込みあるいは不純物の堆積（デポジション）により、コンタクト穴を通して半導体基板内部に導入される。
【００３１】
例えば、ｎ型層はＰ（リン）あるいはＡｓ（砒素）などを用い、ｐ型層はＢ（ボロン）などを用いている。
その後、熱処理により、イオン打ち込みによるシリコン層の活性化および不純物の拡散を行う。デポジションの場合も、不純物の引き伸ばし拡散のための熱処理が必要である。
【００３２】
図６（ｃ）は、コンタクト部に電極１３を形成した図である。
まず、半導体基板全面に、所望の金属材が堆積され、その後、ホトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、電極材を一定の形状にパターニングする。
電極材は、Ａｌ、Ｐｔなどの金属、またはＡｌＳｉ、ＴｉＷ，ＴｉＮなどの合金が用いちれている。
【００３３】
その後、シンタリング等の４００から５００□程度の熱処理により、半導体基板内部に形成された高濃度不純物層と金属材との間にオーミック電極１３を形成する。
【００３４】
以上から分かるように、従来の形成方法は、エッチング工程、金属の堆積工程、高濃度の不純物導入工程、熱処理工程などの多くの工程を必要としている。
一方、本発明による形成方法は、工程数が大幅に低減できていることが分かる。
【００３５】
図７は、本発明の一実施例であり、半導体基板にオーミック電極を形成するプロセス・フロー図である。
【００３６】
まず、図７（ａ）には、図１に示す回転体を半導体基板の表面に押し付けることにより、半導体基板の表面上に形成された酸化膜が局所的に除去される工程が示されている。この酸化膜除去は、回転体が半導体基板と接触し、摩擦により物理的に行われるものである（図中の符号１４に示す）。
【００３７】
図７（ｂ）には、酸化膜が局所的に除去された半導体基板の表面上に、電極材が付着させる工程が示されている（図中の符号１５に示す）。
【００３８】
図７（ｃ）には、半導体基板に付着した電極材が、回転体１と半導体基板２との接触による摩擦により発生する熱により、半導体基板内部に電極材が拡散された状態を示している（図中の符号１６に示す）。
【００３９】
なお、上記図７（ａ）から（ｂ）の各工程は、実際にはほぼ同時に発生しているが、本説明では便宜上、時間的に順番に記述している。
＜実施例２＞
図８は、本発明の別の実施例であり、特定の領域に選択的に電極を形成させた場合の概略図である。
プロセスフローは、実施例１に示す図７と同じであるが、選択的に電極を形成するために、メタルマスクを用いている。メタルマスクには、予めパターニングが施され、選択的に電極を形成する領域が開口されている。メタルは半導体基板にスパッター装置などで堆積させ、その後、リソグラフィ技術でレジストをパターニングし、引き続きドライエッチングでメタルを所望の形状にパターニングする。
＜実施例３＞
図９は、電極形成部にｎ＋，ｐ＋層を同時に形成した場合の断面図を示す。
【００４０】
実施例１と電極の形成方法は同じであるが、用いる電極材が半導体基板内部に拡散された時に、ｎ型あるいは、ｐ型のドーパントとなるように選定する。
つまり、ｎ型のドーパントとしては、Ｔｉ（チタン）などがあり、ｐ型ドーパントとしてはＡｌ（アルミニューム）やＩｎ（インジューム）などを用いる。
【００４１】
以上、説明したように、電極形成のためのエッチング工程、ＰＣＶやＣＶＤ装置を用いた電極材の堆積工程、電極形成後のシンタリング等の熱処理工程を用いることなく、オーミック電極形成が可能となる。
【００４２】
なお、本実施例では、主に図１に示す回転体１を用いた場合を示したが、図２の回転体または図３に示す振動体を用いた場合も同様な結果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、オーミック電極の形成において、電極形成前の半導体表面の酸化膜除去のためのエッチング工程が不要となり、電極形成後のシンタリング等の熱処理工程を省略することも可能となる。これにより、工程数が簡略化され、短時間で効率よくオーミック電極を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる回転体の模式図である。
【図２】本発明で用いる回転体の別形態の模式図である。
【図３】本発明で用いる回転体の別形態の模式図である。
【図４】本発明で用いるさらに回転体の別形態の模式図である。
【図５】本発明で用いるさらに回転体の別形態の模式図である。
【図６】従来のオーミック電極形成プロセスを示す工程図である。
【図７】本発明の一実施例によるオーミック電極形成プロセスを示す工程図である。
【図８】本発明の別の実施例によるオーミック電極形成の模式図である。
【図９】本発明の別の実施例によるオーミック電極形成の断面図である。
【符号の説明】
１回転体、２半導体基板、３外周部、４ブラシ状電極材、５異形半導体、６振動体、７振動発生装置を内蔵した筐体、８リング状電極材、９ブラシ状電極材、１０酸化膜、１１コンタクト穴、１２高濃度不純物層、１３電極、１４酸化膜除去部、１５金属層、１６金属拡散層、１７回転体１の移動方向、１８、ｎ型またはｐ型領域、２０半導体基板、３０メタルマスク、１００電極材の振動方向、２００電極材の回転方向。
【図１】
0003817671.tif 000002
【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】
0003817671.tif 000007
【図７】
0003817671.tif 000008
【図８】
0003817671.tif 000009
【図９】
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