JP3150469B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極を改良した珪素を
含む半導体装置に関する。
含む半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素半導体は結晶構造により２．２
から３．３エレクトロンボルトの禁制帯幅を有する。ま
た、炭化珪素は熱的、化学的及び機械的に極めて安定で
あり、高禁制帯幅を有する他の半導体材料と比較して容
易にｐ型及びｎ型の導電型を形成しやすい材料である。
従って、炭化珪素単結晶に外部回路と電気的接続をとる
ための電極を形成した半導体装置は、高温動作素子、大
電力用素子、耐放射線用素子、光電変換用素子など多種
にわたる応用が期待できる。
から３．３エレクトロンボルトの禁制帯幅を有する。ま
た、炭化珪素は熱的、化学的及び機械的に極めて安定で
あり、高禁制帯幅を有する他の半導体材料と比較して容
易にｐ型及びｎ型の導電型を形成しやすい材料である。
従って、炭化珪素単結晶に外部回路と電気的接続をとる
ための電極を形成した半導体装置は、高温動作素子、大
電力用素子、耐放射線用素子、光電変換用素子など多種
にわたる応用が期待できる。
【０００３】この炭化珪素半導体装置に対して用いるオ
ーミック電極としては、ニッケル（Ｎｉ、特開昭５８−
１３８０２７記載）、白金（Ｐｔ、特開昭５０−１１０
０５５記載）及びタングステン（Ｗ、特開昭５０−８２
９６５記載）、アルミニウム（Ａｌ）や、Ａｌとシリコ
ン（Ｓｉ）との混晶（特開昭５９−２１４２２４記載）
やチタン（Ｔｉ、特開昭６２−７１２７１）などを材料
として、炭化珪素単結晶表面に真空蒸着し、この後１０
００℃前後の温度で熱処理することによってオーミック
電極を得ている。これより低い温度においては低抵抗な
オーミック電極とならない。
ーミック電極としては、ニッケル（Ｎｉ、特開昭５８−
１３８０２７記載）、白金（Ｐｔ、特開昭５０−１１０
０５５記載）及びタングステン（Ｗ、特開昭５０−８２
９６５記載）、アルミニウム（Ａｌ）や、Ａｌとシリコ
ン（Ｓｉ）との混晶（特開昭５９−２１４２２４記載）
やチタン（Ｔｉ、特開昭６２−７１２７１）などを材料
として、炭化珪素単結晶表面に真空蒸着し、この後１０
００℃前後の温度で熱処理することによってオーミック
電極を得ている。これより低い温度においては低抵抗な
オーミック電極とならない。
【０００４】従来、炭化珪素に融点の高いＮｉをオーミ
ック電極として用いた場合には、１０００℃で熱処理を
施すことによっても電極金属であるＮｉ単体では融解し
ない。しかしながら、ＮｉとＳｉＣとが接した場合にお
いてはその接触している面でＮｉと反応しやすいＳｉと
の化合物が生じる。このＮｉＳｉ化合物の融点は９９２
℃であり、オーミック性をとるために１０００℃で熱処
理をするとＮｉＳｉ化合物は融解、凝集してしまい良好
なオーミック電極をとることができず、ボンディングす
るときに剥離してしまうという問題点を見いだした。こ
れは、炭化珪素中のＳｉと電極中のＮｉが反応するため
でＳｉを有する半導体装置の電極におこる問題点であっ
た。。
ック電極として用いた場合には、１０００℃で熱処理を
施すことによっても電極金属であるＮｉ単体では融解し
ない。しかしながら、ＮｉとＳｉＣとが接した場合にお
いてはその接触している面でＮｉと反応しやすいＳｉと
の化合物が生じる。このＮｉＳｉ化合物の融点は９９２
℃であり、オーミック性をとるために１０００℃で熱処
理をするとＮｉＳｉ化合物は融解、凝集してしまい良好
なオーミック電極をとることができず、ボンディングす
るときに剥離してしまうという問題点を見いだした。こ
れは、炭化珪素中のＳｉと電極中のＮｉが反応するため
でＳｉを有する半導体装置の電極におこる問題点であっ
た。。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように炭化珪
素等Ｓｉを含有する半導体装置のオーミック電極をとる
場合、１０００℃以上の熱処理に対して従来用いられて
いた電極用のＮｉ金属膜は下地のＳｉとＮｉＳｉ化合物
を形成してしまい、この化合物の融点が前記熱処理温度
よりも低いため、融解、凝集してしまうという問題点を
有していた。そこで、本願発明は上記問題点を解決し良
好なオーミック電極を有するＳｉを含有する半導体装置
の提供を目的とする。
素等Ｓｉを含有する半導体装置のオーミック電極をとる
場合、１０００℃以上の熱処理に対して従来用いられて
いた電極用のＮｉ金属膜は下地のＳｉとＮｉＳｉ化合物
を形成してしまい、この化合物の融点が前記熱処理温度
よりも低いため、融解、凝集してしまうという問題点を
有していた。そこで、本願発明は上記問題点を解決し良
好なオーミック電極を有するＳｉを含有する半導体装置
の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明は、珪素を含有する半導体層と、前記半導
体層上に形成されタングステン及びニッケルを主とする
オーミック電極とを具備することを特徴とする半導体装
置を提供するものである。
に、本願発明は、珪素を含有する半導体層と、前記半導
体層上に形成されタングステン及びニッケルを主とする
オーミック電極とを具備することを特徴とする半導体装
置を提供するものである。
【０００７】ここで、原子比でＮｉとＷの和を１００％
とするとＷの比率は、０．００１から９５％であれば良
好であるが、この電極金属を蒸着する場合を考えると、
Ｗの比率が高い場合にはＷの融点が高いので真空蒸着に
よる厚膜形成が困難になる。そのため真空蒸着をする場
合には、Ｗの比率は原子比で１％までが望ましく、この
程度のＷの含有比率においては融点も１０００℃を少し
越えた程度であり、蒸着も比較的容易に行うことがで
き、また熱処理においても電極は融解、凝集することが
ないため、良好な電極を形成することができる。更に、
スパッタ法、イオンプレーティング法等のプラズマを用
いる場合、Ｗの比率を上げることができる。また、Ｗリ
ッチの場合は、良好なオーミックを取るために原子比で
ＮｉとＷの和を１００％とするとＮｉの比率は、原子比
で５％以上が望ましい。更に、本願発明は、上記構成に
よりその特有の効果を発揮するものであるが、電極部分
に電極全体を１００％とすると２０％以下のＡｌ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ等の混入を妨げない。つまり、タングステン及
びニッケルを主とするとは、電極全体を１００％とする
と原子比でＮｉとＷの和が８０％以上であれば良い。
とするとＷの比率は、０．００１から９５％であれば良
好であるが、この電極金属を蒸着する場合を考えると、
Ｗの比率が高い場合にはＷの融点が高いので真空蒸着に
よる厚膜形成が困難になる。そのため真空蒸着をする場
合には、Ｗの比率は原子比で１％までが望ましく、この
程度のＷの含有比率においては融点も１０００℃を少し
越えた程度であり、蒸着も比較的容易に行うことがで
き、また熱処理においても電極は融解、凝集することが
ないため、良好な電極を形成することができる。更に、
スパッタ法、イオンプレーティング法等のプラズマを用
いる場合、Ｗの比率を上げることができる。また、Ｗリ
ッチの場合は、良好なオーミックを取るために原子比で
ＮｉとＷの和を１００％とするとＮｉの比率は、原子比
で５％以上が望ましい。更に、本願発明は、上記構成に
よりその特有の効果を発揮するものであるが、電極部分
に電極全体を１００％とすると２０％以下のＡｌ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ等の混入を妨げない。つまり、タングステン及
びニッケルを主とするとは、電極全体を１００％とする
と原子比でＮｉとＷの和が８０％以上であれば良い。
【０００８】
【作用】本願発明者はＮｉにＷを含有することにより電
極と炭化珪素等のＳｉを含有する半導体層の界面で融点
の低いＮｉＳｉ化合物ができにくくなることを見いだし
た。こうすることによって、オーミック性をとるために
必要な１０００℃前後の熱処理においても電極は融解、
凝集しなくなる。
極と炭化珪素等のＳｉを含有する半導体層の界面で融点
の低いＮｉＳｉ化合物ができにくくなることを見いだし
た。こうすることによって、オーミック性をとるために
必要な１０００℃前後の熱処理においても電極は融解、
凝集しなくなる。
【０００９】
【実施例】本発明の詳細を実施例によって説明する。図
１は本発明の第１の実施例で、炭化珪素を材料としたｐ
ｎ接合型発光素子の断面構造を示した図である。
１は本発明の第１の実施例で、炭化珪素を材料としたｐ
ｎ接合型発光素子の断面構造を示した図である。
【００１０】まず、キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3の
ｎ型炭化珪素基板１１の主面１１ａ上に周知の液相成長
法（ＬＰＥ法）によってキャリア濃度が５×１０17ｃｍ
-3のｎ型炭化珪素層１２およびキャリア濃度が２×１０
18ｃｍ-3のｐ型炭化珪素層１３を順次積層し、他主面１
１ｂを機械的に研磨し、薬品などを用いて研磨によるダ
メージ層を除去する。
ｎ型炭化珪素基板１１の主面１１ａ上に周知の液相成長
法（ＬＰＥ法）によってキャリア濃度が５×１０17ｃｍ
-3のｎ型炭化珪素層１２およびキャリア濃度が２×１０
18ｃｍ-3のｐ型炭化珪素層１３を順次積層し、他主面１
１ｂを機械的に研磨し、薬品などを用いて研磨によるダ
メージ層を除去する。
【００１１】次に、ｐ型炭化珪素層１３上に周知の真空
蒸着法によってＡｌ膜１４を約１μｍ積層する。この
後、フォトプロセスおよびリン酸系の溶液を用いること
によって所定の形状に整形する。
蒸着法によってＡｌ膜１４を約１μｍ積層する。この
後、フォトプロセスおよびリン酸系の溶液を用いること
によって所定の形状に整形する。
【００１２】次にｎ型炭化珪素基板１１の他主面１１ｂ
上に、原子比でＮｉ９９．０８％、Ｗ０．０２％含有し
た合金膜１５を同じく真空蒸着法によって約３０００オ
ングストローム（以下、Ａと表記する）積層する。これ
らの蒸着の後、Ａｒ雰囲気、約１０００℃の温度におい
て約５分間の熱処理を施すことによって、両面に形成し
たＷ含有Ｎｉ電極１５は炭化珪素とほどよく反応し良好
なオーミック特性を示す電極となった。この時、融点の
低いＮｉＳｉの生成は起こらず電極１５の融解、凝縮は
起こらなかった。この後両面に形成したオーミック電極
１４、１５上に、外部回路との電気的な接続をとるため
の保護電極としてＡｌ膜１６をそれぞれの電極に対して
約２μｍ形成する。このＡｌ膜１６を通して外部回路と
接続することによって素子を完成することができた。
上に、原子比でＮｉ９９．０８％、Ｗ０．０２％含有し
た合金膜１５を同じく真空蒸着法によって約３０００オ
ングストローム（以下、Ａと表記する）積層する。これ
らの蒸着の後、Ａｒ雰囲気、約１０００℃の温度におい
て約５分間の熱処理を施すことによって、両面に形成し
たＷ含有Ｎｉ電極１５は炭化珪素とほどよく反応し良好
なオーミック特性を示す電極となった。この時、融点の
低いＮｉＳｉの生成は起こらず電極１５の融解、凝縮は
起こらなかった。この後両面に形成したオーミック電極
１４、１５上に、外部回路との電気的な接続をとるため
の保護電極としてＡｌ膜１６をそれぞれの電極に対して
約２μｍ形成する。このＡｌ膜１６を通して外部回路と
接続することによって素子を完成することができた。
【００１３】図２に本発明の第１の実施例に対する比較
例として、Ｗを含有したＮｉに代えてＮｉ単体の膜を積
層した場合を考える。図２に示した構造は第１の実施例
で示したもののＮｉ−Ｗ電極１５の代わりにｎ型炭化珪
素層に対する電極金属として約３０００ＡのＮｉ電極２
５を用いている。また、電極膜に対する熱処理条件も第
１の実施例の場合と同じでＡｒ雰囲気中、約１０００
℃、約５分とした。
例として、Ｗを含有したＮｉに代えてＮｉ単体の膜を積
層した場合を考える。図２に示した構造は第１の実施例
で示したもののＮｉ−Ｗ電極１５の代わりにｎ型炭化珪
素層に対する電極金属として約３０００ＡのＮｉ電極２
５を用いている。また、電極膜に対する熱処理条件も第
１の実施例の場合と同じでＡｒ雰囲気中、約１０００
℃、約５分とした。
【００１４】本比較例を第１の実施例と比較すると、比
較例のＮｉ電極２５は剥離しやすく良好なオーミック電
極とならなかった。また電極の抵抗値も実施例１と比べ
ると約５０％高かった。この様に本発明によると良好な
オーミック電極を有する炭化珪素半導体装置を提供する
ことが可能となる。図３において本発明の第２の実施例
である炭化珪素ｐｎ接合型発光素子について説明する。
較例のＮｉ電極２５は剥離しやすく良好なオーミック電
極とならなかった。また電極の抵抗値も実施例１と比べ
ると約５０％高かった。この様に本発明によると良好な
オーミック電極を有する炭化珪素半導体装置を提供する
ことが可能となる。図３において本発明の第２の実施例
である炭化珪素ｐｎ接合型発光素子について説明する。
【００１５】まず、キャリア濃度が３×１０17ｃｍ-3の
ｎ型炭化珪素基板３１に周知の化学気相堆積法（ＣＶＤ
法）を用いることによって、２×１０16ｃｍ-3のｎ型炭
化珪素層３２及び４×１０17ｃｍ-3のｐ型炭化珪素層３
３をこの順で積層する。
ｎ型炭化珪素基板３１に周知の化学気相堆積法（ＣＶＤ
法）を用いることによって、２×１０16ｃｍ-3のｎ型炭
化珪素層３２及び４×１０17ｃｍ-3のｐ型炭化珪素層３
３をこの順で積層する。
【００１６】次に、この積層基板の両面にＮｉ膜３４を
３０００Ａ及びＷ膜３５を１００Ａこの順で積層し、Ａ
ｒ雰囲気中、約１０５０℃の温度で約１０分の熱処理を
施す。この熱処理によって、Ｗ膜３５からＮｉ膜３４に
Ｗが拡散しＮｉ膜３４と炭化珪素層３３、３１の界面付
近でＮｉとＷとは均一な金属間化合物を形成し、かつＮ
ｉ−Ｗ金属間化合物は炭化珪素単結晶と反応しオーミッ
ク特性を示す電極となった。この時、Ｎｉ膜３４と炭化
珪素３３、３４界面付近でのＷは原子比で０．０１％で
あった。また、融点の低いＮｉＳｉの生成は抑えられ電
極が融解、凝集することはなかった。また、このような
Ｎｉ上にＷが存在する電極構造ではＮｉの酸化が防止さ
れ、この後に、この電極上に積層するＡｌやＡｕなどの
保護電極膜との密着性を高める効果がある。本実施例に
よる炭化珪素発光素子も第１の実施例と同様に良好なオ
ーミック電極を有するものであった。
３０００Ａ及びＷ膜３５を１００Ａこの順で積層し、Ａ
ｒ雰囲気中、約１０５０℃の温度で約１０分の熱処理を
施す。この熱処理によって、Ｗ膜３５からＮｉ膜３４に
Ｗが拡散しＮｉ膜３４と炭化珪素層３３、３１の界面付
近でＮｉとＷとは均一な金属間化合物を形成し、かつＮ
ｉ−Ｗ金属間化合物は炭化珪素単結晶と反応しオーミッ
ク特性を示す電極となった。この時、Ｎｉ膜３４と炭化
珪素３３、３４界面付近でのＷは原子比で０．０１％で
あった。また、融点の低いＮｉＳｉの生成は抑えられ電
極が融解、凝集することはなかった。また、このような
Ｎｉ上にＷが存在する電極構造ではＮｉの酸化が防止さ
れ、この後に、この電極上に積層するＡｌやＡｕなどの
保護電極膜との密着性を高める効果がある。本実施例に
よる炭化珪素発光素子も第１の実施例と同様に良好なオ
ーミック電極を有するものであった。
【００１７】また、本願発明は第１の実施例、第２の実
施例の電極全体を１００％とすると原子比でｐ側電極に
Ａｌを０．０１〜０．３％、ｎ側電極にＣｒを０．００
１〜０．０２％含有することで、より低抵抗なオーミッ
ク電極を得ることができる。図４において本発明の第３
の実施例である炭化珪素のＭＯＳ型トランジスタについ
て説明する。
施例の電極全体を１００％とすると原子比でｐ側電極に
Ａｌを０．０１〜０．３％、ｎ側電極にＣｒを０．００
１〜０．０２％含有することで、より低抵抗なオーミッ
ク電極を得ることができる。図４において本発明の第３
の実施例である炭化珪素のＭＯＳ型トランジスタについ
て説明する。
【００１８】まず、キャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3の
ｐ型の炭化珪素基板４１にリンをイオン注入し熱拡散さ
せることによりｎ型の炭化珪素領域４２を形成する。ま
た４３は酸化シリコン膜である。このＭＯＳ型トランジ
スタ構造に対する電極として、Ｎｉ−Ｗ電極４４をｎ型
炭化珪素領域４２に約１μｍ積層し、酸化シリコン膜上
にゲート電極としてＡｌ膜４５を約１μｍ積層した。こ
の時の熱処理はＮ2 雰囲気中、約１０００℃の温度で、
約５分であった。Ｎｉ−Ｗ電極４４はＷが原子比で約
０．０２％含有していた。このようなＭＯＳ型トランジ
スタは従来のようなＮｉ電極を用いた場合には作製する
ことが困難であったが、本実施例のように熱処理によっ
てソース及びドレイン電極は融解、凝集することなく初
めて作製可能となった。本実施例の炭化珪素ＭＯＳ型ト
ランジスタのソース及びドレイン電極も第１の実施例と
同様に良好なオーミック電極であった。
ｐ型の炭化珪素基板４１にリンをイオン注入し熱拡散さ
せることによりｎ型の炭化珪素領域４２を形成する。ま
た４３は酸化シリコン膜である。このＭＯＳ型トランジ
スタ構造に対する電極として、Ｎｉ−Ｗ電極４４をｎ型
炭化珪素領域４２に約１μｍ積層し、酸化シリコン膜上
にゲート電極としてＡｌ膜４５を約１μｍ積層した。こ
の時の熱処理はＮ2 雰囲気中、約１０００℃の温度で、
約５分であった。Ｎｉ−Ｗ電極４４はＷが原子比で約
０．０２％含有していた。このようなＭＯＳ型トランジ
スタは従来のようなＮｉ電極を用いた場合には作製する
ことが困難であったが、本実施例のように熱処理によっ
てソース及びドレイン電極は融解、凝集することなく初
めて作製可能となった。本実施例の炭化珪素ＭＯＳ型ト
ランジスタのソース及びドレイン電極も第１の実施例と
同様に良好なオーミック電極であった。
【００１９】上述した各実施例での電極の膜厚は熱処理
の温度、時間により決定されるが２０００から５０００
Ａが好ましい。また本発明は上記実施例に限らず広く炭
化珪素半導体装置においてその特有の効果を発揮するも
のである。
の温度、時間により決定されるが２０００から５０００
Ａが好ましい。また本発明は上記実施例に限らず広く炭
化珪素半導体装置においてその特有の効果を発揮するも
のである。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、炭化珪素半導体層上に
オーミック電極を得るための熱処理温度に十分耐え得る
良好なオーミック電極を形成することができるため、各
種の炭化珪素半導体装置の開発の促進が図られる。
オーミック電極を得るための熱処理温度に十分耐え得る
良好なオーミック電極を形成することができるため、各
種の炭化珪素半導体装置の開発の促進が図られる。
【図１】 本発明の第１の実施例に係る炭化珪素発光装
置の断面図
置の断面図
【図２】 本発明の第１の実施例に対する比較例である
炭化珪素発光装置の断面図
炭化珪素発光装置の断面図
【図３】 本発明の第２の実施例に係る炭化珪素発光装
置の断面図
置の断面図
【図４】 本発明の第３の実施例に係る炭化珪素ＭＯＳ
型トランジスタの断面図
型トランジスタの断面図
１１ ｎ型炭化珪素半導体基板 １２ ｎ型炭化珪素半導体層 １３ ｐ型炭化珪素半導体層 １４ Ａｌ電極 １５ Ｗを含むＮｉ電極 １６ Ａｌ保護電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/47 H01L 29/872
Claims (2)
- 【請求項１】 炭化珪素からなる半導体層と、前記半導
体層上に形成され、タングステン及びニッケルを含み、
ＮｉとＷとの和に対するＷの比率が０．００１〜９５％
であるオーミック電極とを具備することを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項２】 前記Ｗの比率は１％以下であることを特
徴とする請求項１記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00308693A JP3150469B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00308693A JP3150469B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06209102A JPH06209102A (ja) | 1994-07-26 |
| JP3150469B2 true JP3150469B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=11547539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00308693A Expired - Fee Related JP3150469B2 (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3150469B2 (ja) |
-
1993
- 1993-01-12 JP JP00308693A patent/JP3150469B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06209102A (ja) | 1994-07-26 |
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