(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）炭化ケイ素からなる少なくとも１つのｐ形の半導体領域（１００）と、
ｂ）このｐ形の半導体領域（１００）に接する少なくとも１つのｐ形の接触領域（１１０）とを備え、
ｃ）このｐ形の接触領域（１１０）が第一の材料成分としてニッケルを、第二の材料成分としてアルミニウムを含む材料からなり、
ｄ）このｐ形の接触領域（１１０）においては、ｐ形の半導体領域（１００）との間の接合面（１０６）から延在する接合範囲（１０５）を除いて、前記ニッケルとアルミニウムが所定の混合比で均質に混合しており、
ｅ）前記接合範囲（１０５）においては、ｐ形の半導体領域（１００）のケイ素及び炭素並びにｐ形の接触領域（１１０）のニッケル及びアルミニウムのみが存在しており、しかもアルミニウムを材料中に０．１〜５０％の体積比で含む
ことを特徴とするオーム性接触を備えた半導体装置。
【請求項２】
ｐ形の半導体領域（１００）が、１０17〜１０20ｃｍ-3のドーパント濃度を持つことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
ａ）炭化ケイ素からなる少なくとも１つのｐ形の半導体領域（１００）上に、少なくとも１つのｐ形の接触領域（１１０）を、第一の材料成分としてのニッケルと、第二の材料成分としてのアルミニウムとを均質に混合した層として、しかもアルミニウムの体積比が０．１〜５０％になるようにして被着し、その際
ｂ）両材料成分を同時に被着し、それによりｐ形の半導体領域（１００）とｐ形の接触領域（１１０）との間の接合面（１０６）から延在している接合範囲（１０５）を除いて、前記ｐ形の接触領域（１１０）には両材料成分が均質に、かつ所定の混合比で存在するようにし、
ｃ）しかる後熱処理プロセスを施す
ことを特徴とする半導体装置のオーム性接触の形成方法。
【請求項４】
ｐ形の半導体領域（１００）を、１０17〜１０20ｃｍ-3のドーパント濃度に設定することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
材料を２つの別々の第一及び第二の材料源から、同時に蒸着或いはスパッタすることにより被着することを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
【請求項６】
材料源を予め第一及び第二の材料成分から作り、この材料をスパッタにより被着することを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
【請求項７】
ｐ形の半導体領域（１００）並びにこれに被着されるｐ形の接触領域（１１０）を含む半導体装置に、少なくとも５００℃の最高温度に加熱する熱処理プロセスを施すことを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
【請求項８】
最長でも２時間にわたり一定の最高温度に保つことを特徴とする請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、オーム性接触を備えた半導体装置並びに半導体装置のオーム性接触の形成方法に関する。
【０００２】
この発明は、特に、少なくとも特定の半導体領域、特に接触が形成される半導体領域が、炭化ケイ素の所定のポリタイプからなる半導体装置に関する。特に、オーム性接触が形成される半導体領域はｐ形である。
【０００３】
単結晶の炭化ケイ素（ＳｉＣ）は優れた物理特性を備えた半導体材料であり、この特性により、この半導体材料は、なかんずく、その高いブレークダウン電界強度とその良熱伝導性に基づき、特に電力用エレクトロニクスに対してもまたｋＶ範囲の適用においても有利であるとされている。単結晶の基板ウェハ、とりわけ６Ｈ及び４Ｈポリタイプの炭化ケイ素からなる単結晶の基板ウェハの商業的な利用性が向上しているので、例えばショットキー・ダイオードのような、炭化ケイ素をベースとする電力用半導体素子も益々注目されている。広く普及している炭化ケイ素からなる他の半導体素子は、ｐｎダイオードや例えばＭＯＳトランジスタ（金属酸化物半導体電界トランジスタ）のようなトランジスタである。
【０００４】
これら素子の動作のために、各導電形の半導体領域に対して安定したオーム性接触が不可欠である。その場合、半導体と金属との接合における望ましくない損失を最小にするために、できるだけ低い接触抵抗が求められている。
【０００５】
Ｇ．Ｌ．ハリス編「炭化ケイ素の特性」中の、Ｇ．Ｌ．ハリス他の概説「ＳｉＣに対するオーム性接触」、ＩＮＳＰＥＣ（１９５５）、２３１〜２３４頁に各種のポリタイプ及び導電形の炭化ケイ素へのオーム性接触の形成方法が概説されている。ｐ形の炭化ケイ素へのオーム性接触の形成に関して、上述の概説並びに引用参照文献から、この専門分野において一般的に認められている知識水準は以下のように概説できる。
「ｐ形のＳｉＣのオーム性接触の形成のため、主にアルミニウムが使用される。アルミニウムは少量ＳｉＣに溶解し、アクセプタとして作用するので、アルミニウムを含む接触領域とＳｉＣからなる半導体領域との間の接合範囲にはアルミニウムで高ドープされた帯域が作られる。アルミニウムは既に６５９℃で溶融するので、オーム性接触を形成するためのそれに続く熱処理の際に、このアルミニウムの気化を回避するため、アルミニウムの上にはそれより高い融点を持つ金属、例えば、ニッケル、タングステン、チタン或いはタンタルからなる少なくとも１つの被覆層が設けられる。」
【０００６】
ｐ形のＳｉＣ上にある特定の接触材料の有利な接触特性を充分に利用するために、それ故、従来の技術の方法によれば、その下にある第一の層を保護するための第二の層が必要である。この第一及び第二の層はそれぞれ別々の、順々に行われるプロセス工程を介してそれぞれ異なる材料で形成される。
【０００７】
「ソリッド・ステート，エレクトロニクス」第４１巻、１１号（１９９７）、１７２５〜１７２９頁の論文「ｐ形ＳｉＣに対するチタン及びアルミニウム・チタンのオーム性接触」には、ｐ形のＳｉＣ上へのオーム性接触のための材料としてアルミニウム・チタン合金を開示している。その場合使用される合金は、９０重量％のアルミニウム、１０重量％のチタンからなっている。アルミニウム・チタン合金からなるオーム性接触は、その他の膜で覆われていない。この論文では再現性及び非常に薄い接触層における問題について報告している。特に薄い接触層において、アルミニウムがアルミニウム・チタン合金から気化して消失することが起こり得る。
【０００８】
炭化ケイ素、ＩＩＩ族窒化物及び関連材料に関する第７回国際会議、ストックホルム（１９９７）におけるＳ．リウ他の論文「熱安定性を改善したｐ形ＳｉＣのオーム性接触」において、ｐ形のＳｉＣ上に、アルミニウム、ニッケル及びタングステン層からなる層構造を介して作られるオーム性接触が記載されている。この層構造を形成した後熱処理プロセスが実施され、その際に特にアルミニウムとニッケルとは互いに混り合うが、しかしながら、その場合、接触領域の深さにわたって均質な材料組成が形成されない。このアルミニウムとニッケルとの混じり合いはまたタングステンからなる第三の層がある場合にしか行われない。この第三の層からもまた、熱処理プロセスの間にタングステンのかなりの部分がオーム性接触及びｐ形のＳｉＣの接合範囲迄拡散する。この場合、タングステンは、勿論、オーム性接触の特性の劣化を生ぜしめる。
【０００９】
この発明の課題は、従来の技術に較べて改善されたオーム性接触をｐ形のＳｉＣの上に備えた、最初に挙げた型の半導体装置及びこのオーム性接触の形成方法を提示することにある。そしてこのｐ形の半導体領域上のオーム性接触を、低い接触抵抗を持つと共に温度安定性もあるようにしようとするものである。
【００１０】
半導体装置に関する課題を解決するために、この発明によれば、請求項１の特徴に対応した半導体装置が提示される。
【００１１】
即ち、この発明によるオーム性接触を備えた半導体装置は、
ａ）炭化ケイ素からなる少なくとも１つのｐ形の半導体領域と、
ｂ）このｐ形の半導体領域に接する少なくとも１つのｐ形の接触領域とを備え、
ｃ）このｐ形の接触領域が第一の材料成分としてニッケルを、第二の材料成分としてアルミニウムを含む材料からなり、
ｄ）このｐ形の接触領域にはほぼ同一の材料組成が存在し、
ｅ）このｐ形の半導体領域とｐ形の接触領域とに伸びている接合範囲にほぼｐ形の半導体領域のケイ素及び炭素が並びにｐ形の接触領域のニッケル及びアルミニウムのみが存在している
半導体装置である。
【００１２】
方法に関する課題を解決するため、この発明によれば、請求項４の特徴に対応した方法が提示される。
【００１３】
即ち、この発明による半導体装置のオーム性接触の形成方法においては、
ａ）炭化ケイ素からなる少なくとも１つのｐ形半導体領域の上に、少なくとも１つのほぼ均質なｐ形の接触領域を形成し、
ｂ）このｐ形の接触領域として、第一の材料成分であるニッケルと、第二の材料成分であるアルミニウムとを含む材料を被着し、その際
ｃ）両材料成分を同時に被着し、それにより、ｐ形の半導体領域とｐ形の接触領域との間の接合面において両材料成分の所定の混合比を熱処理プロセスに先立って設定して形成する。
【００１４】
この発明は、その場合、この専門分野での通常の方法に反して、ｐ形の炭化ケイ素に対する安定したかつ再現性のあるオーム性接触の形成は、それぞれ異なる材料の２つ或いはそれ以上の層を連続的に形成することを介してだけではなく、寧ろほぼ同一の、即ち均質の材料組成を持つ唯一の層を介しても行うことができるという認識に基づいている。このようなｐ形の接触領域は、従来の技術においては個々の層として使用された材料である、ニッケルとアルミニウムとをそれぞれ第一の材料成分及び第二の材料成分として含む１つの材料から構成される。この材料は、その場合これらの材料成分の混合物、混和物、合金或いは化合物の形で存在することができる。
【００１５】
熱処理プロセスの開始前ＳｉＣに対する接合面には、個々の材料成分である、ケイ素、炭素、ニッケル及びアルミニウムからなる４元物質系が既に存在している。このことは、熱処理プロセス間のオーム性接触の形成のために、特に良好に作用する。特にｐ形のＳｉＣに対する接合面におけるアルミニウムとニッケルの間の望ましい混合比は、両材料成分を熱処理プロセスの前に同時に被着することによって既に問題なく設定することができる。他の材料からなるその他の被覆或いは保護層が接触領域の上に設けられていないので、熱処理の後でも接合範囲にはほとんど、即ち避けがたい不純物やｐ形の半導体領域のドーパント原子を除いて、４元物質系の前記の４元素のみが存在している。従来の技術において起こるような接触抵抗への悪影響は、それ故発生しない。この接合範囲には、望ましくない異物の原子が実際上存在していないからである。
【００１６】
両材料成分を同時に被着するのに比して、アルミニウムからなる第一の層とニッケルからなる第二の層を継続的に被着するのは好ましくない。と言うのは、接合面を均質にするには、両材料成分が続いて行われる熱処理プロセスの間に、先ず始めに充分に混ざり合わねばならないからである。熱処理プロセスの開始時、それ故両材料成分を層状に形成する際、オーム性接触の形成ために特に好ましい４元材料系は、接触層と半導体領域との間の接合面に未だ存在していない。これに対し、両材料成分の同時被着は、その他に、第二の層のための別のプロセス工程を省略できるので製造プロセスも簡単化する。
【００１７】
ニッケル及びアルミニウムからなる材料は、さらに、従来の技術において使用されるアルミニウム・チタン合金に対しても、ニッケルを３００〜４００℃を越えて加熱する際、例えば成形の間に、炭化物を形成するチタンとは異なり、ケイ化物を形成するという長所を持っている。これにより、ｐ形半導体領域のＳｉＣ組織内でケイ素の位置が空き、そこにアルミニウムがアクセプタとして取り入れられる。しかしながら、これとは異なり、アルミニウムはチタンの炭化物形成により自由になった炭素の位置にアクセプタとして結晶組織に取り込まれることはない。それ故に、そしてまたチタンに較べてニッケルの高い温度安定性により、ｐ形の接触領域に対して使用される、ニッケルとアルミニウムとからなる材料によって、低い接触抵抗を持つ安定したオーム性接触が得られる。
【００１８】
熱処理プロセスの後、ｐ形の接触領域の内部には材料の均質性に僅かなずれが生ずる。このような僅かな不均質性は、ｐ形の接触領域とｐ形の半導体領域との接合範囲における材料の間の交換現象によるものである。
【００１９】
例えば接合範囲において、被着された材料のアルミニウムがある程度ｐ形の半導体領域内に移動し、そこでそのアルミニウムがアクセプタとして対応の格子位置に取り入れられる。同様に、接合範囲において材料組成の変動が生ずる。ニッケルを含むｐ形の接触領域の材料が、既に述べたように、ケイ化物を形成する材料成分を含んでいるからである。ｐ形の半導体領域のケイ素は、従ってｐ形の接触領域のニッケルと混合して、そのケイ化物を形成する。
【００２０】
しかし、上述の材料の混合が起きる範囲は、ｐ形の接触領域の深く迄は延びておらず、上述の材料組成の差は先ず接合範囲においてのみ生ずる。「ほぼ同一の材料組成」という表現は、この意味において理解されるものとする。
【００２１】
さらに、出発物質における通常の不純物に帰せられる材料組成の違いは、ここでは、同様に基準とはならないものと考えられる。このような不純物は体積比で高々１０-3、しばしば、それどころか高々１０-6に過ぎない。
【００２２】
この発明による半導体装置及びオーム性接触形成方法の特別の形態は、それぞれの関連の請求項に記載してある。
【００２３】
１つの有利な実施例においては、アルミニウムは０．１〜５０％の体積比で材料中に存在する。その場合、２０〜５０％の体積比が特によい。この範囲で得られる接触抵抗は、アルミニウム成分の増大と共に連続的に低下するからである。アルミニウムの体積比を５０％より小さく選ぶと、アルミニウムの気化も明らかに減少し、それどころか抑制されることが示されている。その場合、材料中のニッケル成分はそれに応じて５０％より大きくなるが、その場合、温度が上がるに連れ流動的なアルミニウムの“島”の形成を、そしてそれによる望ましくないアルミニウムの気化を阻止する。上述の限度内でのニッケル及びアルミニウム成分の選択により、安定性は、それ故、付加的に向上する。特に、オーム性接触の成形のために行われる熱処理プロセスにおいて、これは有益であり、しかしまた半導体装置の高温範囲での使用を考慮しているときにも有益である。ＳｉＣのこれに関する優れた特性により、これはＳｉＣ素子の特に優先される適用例である。
【００２４】
良好なオーム性接触を形成するために、ｐ形の半導体領域が充分に高いドーパント濃度を少なくとも半導体領域とｐ形の接触領域との接合面において持つのが有効である。このドーパント濃度は、その場合、１０17〜１０20ｃｍ-3の間にあるのがよい。このドーパント濃度が少なくとも１０19ｃｍ-3であるときに、特に優れたオーム性接触が得られる。
【００２５】
この発明の方法の有利な実施例はこれに対応した請求項に記載されているが、これらの実施例は、本質的に、それぞれ上述の半導体装置自体の対応の実施例と同様の長所を持っている。
【００２６】
この方法の他の実施例は、ｐ形半導体領域への材料の被着に関する。
【００２７】
この方法の１つの実施例においては、両半導体領域に被着される材料は少なくとも２つの材料源から供給される。この材料源は、その場合それぞれ少なくとも１つの材料成分、特に第一或いは第二の材料成分を含む。この材料の取り出しは同時の蒸発或いはスパッタにより行われる。ｐ形の接触領域は、次いで材料成分をｐ形の半導体領域に析出することにより形成される。ｐ形接触領域の材料は、その場合、個々の材料成分の気相内において、或いは析出工程の途中で生ずる。この時のプロセスパラメータにより、意図する特定の混合比率を維持できる。
【００２８】
これとは代わる実施例においては、これに対して、第一及び第二の材料成分から先ず材料源を作り、この材料を次の第二の工程でスパッタする。この材料の分解された粒子が、前述の実施例におけるように、ｐ形の炭化ケイ素にｐ形の接触領域を形成する。
【００２９】
１つの有利な実施例においては、ｐ形の接触領域を形成した後、半導体装置に短時間の熱処理プロセスを施す。半導体装置は、その場合少なくとも５００℃、特に約１０００℃の最高温度に加熱され、次に最長で２時間迄、特に２分間ほぼこの最高温度に保たれる。この熱処理プロセスは、しかしまた、加熱相と直接それに続く冷却相とだけからなり、その間に最高温度に滞留する時間がないようにすることもできる。このプロセスはｐ形の接触領域の形成に役立つ。ｐ形のＳｉＣにおけるこの熱処理プロセスの後、良好なオーム特性と低接触抵抗とを持ち、温度変化に対し安定したオーム性接触が得られることが判った。
【００３０】
接触を形成すべきｐ形の半導体領域は、各種のポリタイプのＳｉＣからなることができる。この例として、ＳｉＣを６Ｈ、４Ｈ、１５Ｒ或いは３Ｃ−ＳｉＣの形で、ｐ形の半導体領域に対して使用する実施例が挙げられる。しかし、他のポリタイプも同様に可能である。
【００３１】
ｐ形の半導体領域の外で、この半導体装置は、少なくとも部分的にＳｉＣ以外の材料からなっていてよい。それ故、一実施例では、他の半導体領域、例えばＳｉＣとは異なる材料、例えばケイ素（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）或いは窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板が設けられる。その場合、この基板は、少なくともＳｉＣからなるｐ形の半導体領域と共にハイブリッド半導体装置に集積される。
【００３２】
この発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。分かり易くするため、図面は尺度通りには作成されておらず、またある種の特徴は概略化して示されている。図１及び２において、互いに対応する部分には同一の符号を付している。
【００３３】
図１に示す半導体装置は、６Ｈ−ＳｉＣからなるｐ形の半導体領域１００の接合面１０６上にｐ形のオーム接触領域１１０を配置したｐｎダイオードである。接合範囲１０５はｐ形の接触領域１１０にも、ｐ形の半導体領域１００にも延在している。同様に６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ形の半導体領域２００はｐ形の半導体領域１００とｐｎ接合４０を形成している。このｎ形の半導体領域２００は、ｐｎ接合４０と反対側の表面において同様にオーム性接触領域、即ちｎ形の接触領域２１０とオーム性接触を形成している。
【００３４】
図１に示すｐｎ接合４０は、ｐｎダイオード形の個別素子であるが、しかしまた、複合した回路装置の１つの構成要素でもあり得る。但し両例の場合、ＳｉＣからなる少なくとも１つのｐ形半導体領域へのオーム性接触が必要である。
【００３５】
ｐ形の半導体領域１００はアクセプタ、この例ではアルミニウムで高濃度にドープされ、その結果、ｐ形となっている。ｎ形の半導体領域２００は、これに対し、窒素の高いドーパント濃度を持っている。窒素は炭化ケイ素に対しドナーであるので、ｎ形となる。ｐ及びｎ形の半導体領域１００及び２００のドーパント濃度は、それぞれ１０19ｃｍ-3である。これにより両半導体領域１００及び２００上に、良好なオーム性接触が形成される。ｐｎ接合４０の接合範囲は図１には示していないが、この範囲において、ｎ形の半導体領域２００は弱く、例えば１０15ｃｍ-3の濃度でドープされている。
【００３６】
ｐ形の接触領域１１０は、この例では第一及び第二の成分から構成された材料からなっている。第一の成分はニッケルであり、第二の成分はアルミニウムである。アルミニウムの体積比は約３０％、ニッケルのそれは約７０％である。
【００３７】
アルミニウムは、ｐ形のＳｉＣ上にオーム性接触を形成するために使用されるが、比較的低い融点を持っている。万一起こり得る気化を避けるため、ｐ形の接触領域１１０の材料にニッケルを混入する。ニッケルの成分比は、その場合非常に大きく、アルミニウム成分を大幅に凌駕している。これにより、一方では接触抵抗の改善が行われ、他方では著しく改善された温度安定性が得られる。
【００３８】
アルミニウムとニッケルの混合は、完成したｐ形の接触領域１１０において殆ど均質である。ただ接合範囲１０５においては物質交換作用により、特にそれに続いて行われる熱処理プロセスの後に僅かなずれが生ずる。
【００３９】
これに対しｐ形の接触領域２１０は、純粋なニッケルからなる。この材料はｎ形のＳｉＣ上に良好なオーム性接触を形成し、また良好な温度安定性を示す。
【００４０】
ｐ形の接触領域１１０に対する材料は、図示しない、別々のニッケル並びにアルミニウム源からの蒸着により作られる。次いでｐ形の接触領域１１０がｐ形の半導体領域１００上にガス状物質を析出することにより形成される。接合面１０６には、それ故、この材料の被着後既にニッケル及びアルミニウムが所定の混合比で存在している。
【００４１】
次に、別のプロセス工程で、ニッケルを同様に図示しない蒸発源からの蒸着によってｎ形の半導体領域２００の上に被着する。
【００４２】
温度安定性のあるオーム性接触を成形し、形成するため、この半導体装置は、次いで約１０００℃において約２分間の熱処理プロセスに曝される。その後にｐ形の半導体領域１００とｐ形の接触領域１１０との間に１０-3Ωｃｍ-2以下の接触抵抗が、ｎ形の半導体領域２００とｎ形の接触領域２１０との間には１０-5Ωｃｍ-2以下の接触抵抗が生ずる。
【００４３】
図２は、ｐ形及びｎ形の接触領域１１０及び２１０が半導体装置の１つの共通の層表面７０の上に配置されている半導体装置を示す。
【００４４】
図２の半導体装置の機能は、ｎ形の半導体領域２００もしくはｎ形接触領域２１０から出、ｎ形ＳｉＣ層２を通して流れる電流５０をこのｎ形ＳｉＣ層２のチャネル領域８の内部で制御することにある。このためチャネル領域８は、ｐ形の半導体領域１００及びこのｎ形ＳｉＣ層２に埋め込まれたｐ形のアイランド４によってその広がり、従ってその抵抗が変えられる。これは、ｐ形の接触領域１１０に電圧を印加することによって行われ、これによりｎ形ＳｉＣ層２とｐ形の半導体領域１００との間のｐｎ接合１９における空乏層２０がチャネル領域８内に広がる。このチャネル領域８の寸法は、ｐ形の半導体領域１００が存在している窪み３０を設けることにより、付加的に予め設定することができる。
【００４５】
ｐ形の半導体領域１００もまたｎ形の半導体領域２００も、上述の機能のために、それぞれ１つのｐ形及びｎ形の接触領域１１０及び２１０を必要とする。
【００４６】
ｐ形の半導体領域１００はアクセプタとしてボロンをドープされており、ｎ形の半導体領域２００はドナーとしてリンをドープされている。このドーパント濃度はそれぞれ１０19ｃｍ-3である。ｐ形の接触領域１１０の材料として、図２の実施例では、この場合も第一の成分としてのニッケルと第二の料成分としてのアルミニウムとからなる混合材料を使用する。アルミニウムの体積比は、この場合約２５％であり、ニッケルのそれは約７５％である。ｎ形の接触領域２１０の材料として、この場合もニッケルが使用される。この材料の被着並びにそれに続く熱処理プロセスは、図１の関連において既に説明したと同様に行われる。
【００４７】
図には示していないが、図１及び２に示す半導体装置の複数は、従って複数のｐ形の半導体領域１００を、それに対応して配置されたｐ形の接触領域１１０を介するオーム性接触と共に含む、複合した半導体装置の構成要素でもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるｐｎダイオードの断面図である。
【図２】  この発明の異なる実施例に係る半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
２              ｎ形ＳｉＣ層
４              島
８              チャネル領域
１９、４０      ｐｎ接合
２０            空乏層
３０            窪み
５０            電流
７０            層表面
１００          ｐ形の半導体領域
１０５          接合範囲
１０６          接合面
１１０          ｐ形の接触領域
２００          ｎ形の半導体領域
２１０          ｎ形の接触領域
【図１】
0003854463.tif 000002
【図２】
0003854463.tif 000003