JP3930561B2 - オーム接触体およびこのようなオーム接触体を備えた半導体デバイスを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスの中のｐ形α−ＳｉＣ層に対するオーム接触体およびこのようなオーム接触体を備えた半導体デバイスを製造する方法に関する。
発明の背景
炭化シリコン結晶は、六方晶系の形態のα−ＳｉＣ、特に６Ｈ−ＳｉＣや、立方晶系の形態のβ−ＳｉＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）のように、化学的に異なる多くの形態で存在する。
ＳｉＣ半導体デバイスは、その熱伝導度がＳｉの中よりもＳｉＣでは３３０％大きくおよびＧａＡｓよりも１０倍大きいという事実と、ブレークダウン電界がＳｉとＧａＡｓの両者よりも１０倍大きいという事実と、部材の中の電子の速度限界である飽和電子ドリフト速度がＳｉとＧａＡｓの両者よりもＳｉＣでは４５０％大きいという事実と、ＳｉＣのバンドギャップが大きいので５００℃以上の温度で動作可能であるという事実とにより、非常に注目されている。
多くの半導体デバイスは、その半導体デバイスの中に電流を取り入れるためにおよび半導体デバイスから電流を取り出すために端子接続を必要とする。けれども、オーム接触体と通常呼ばれるこのような端子接続は、半導体デバイスそれ自身を損なうものであってはならない。したがって、着目している電流密度において、オーム接触体の両端の電圧降下は半導体デバイスの他の領域における電圧降下に比べて無視できる位に小さくなければならない。
Ｇ．グアング・ボー（Ｇ．Ｇｕａｎｇ−ｂｏ）ほか名の論文「ＳｉＣヘテロ接合バイポーラ・トランジスタの高周波特性（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ＳｉＣ Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）」、ＩＥＥＥトランスアクション・オン・エレクトロン・デバイス（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、第４１巻、第７号（１９９４年７月）１０９２頁に、もし炭化シリコン・デバイスがＳｉデバイスおよびＧａＡｓデバイスに比べて将来用られるべきであるならば、ｐ形ＳｉＣに対しその接触体抵抗率が０．０００１Ωｃｍ²よりも小さいことが必要であることが明確に示されている。
アルミニウムは接触体金属として有望な部材であると考えられてきたが、その融点が６００℃と低いので、大電力動作または高温度で動作する場合には理想的な部材ではない。アルミニウムはまた別の問題点も有していて、それは酸素との反応性が高く絶縁性の酸化物がでやすいことである。
Ｈ．ダイモン（Ｈ．Ｄａｉｍｏｎ）ほか名の論文「３Ｃ−ＳｉＣとＡｌ接触体およびＡｌ−Ｓｉ接触体に及ぼす焼鈍し効果（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ａｌ ａｎｄ Ａｌ−Ｓｉ Ｃｏｎｔａｃｔｓ ｗｉｔｈ ３Ｃ−ＳｉＣ）」、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）、第２５巻、第７号（１９８６年７月）Ｌ５９２頁〜Ｌ５９４頁に、２００℃から１０００℃までにおける熱処理が行われた後のＡｌ−Ｓｉ接触体電極が開示されている。Ａｌ−Ｓｉ接触体はオーム接触体であると考えられたが、得られた電極は粒状で不均一であり、その信頼性対し問題点を潜在的に有していることが分かった。
３Ｃ−ＳｉＣについて高特性のオーム接触体を得るまた別の試みが、米国特許第４，９９０，９９４号および米国特許第５，１２４，７７９号に開示されている。これらの特許において、シリコンを置き換えて、アルミニウムと組み合わせたチタンが用いられている。前記の不均一に関する問題点により、熱処理が避けられていることは好ましいことである。ｎ形３Ｃ−ＳｉＣ部材に対し、線形な電流−電圧特性が得られている。
特開平４−８５９７２号公報は、電極を備えたｐ形α−炭化シリコンの接触体抵抗値を小さくする方法と、ＳｉＣの上に任意の順序でＮｉ膜、Ｔｉ膜の薄層を重ねそしてその上にＡｌ膜の薄層を重ねそしてそれに熱処理を行うことにより電極の中に均一なオーム特性を得る方法とを、開示している。その接触体の抵抗率はオーム接触体が高特性であるためには十分には小さくなく、そして高い動作温度での安定度に関する特性についてはなにも言及されていない。
発明の概要の説明
本発明の目的は、ｐ形α−ＳｉＣに対する高特性オーム接触体を作成する方法、すなわち小さな接触体抵抗率を有しかつ高い動作温度において熱的に安定であるオーム接触体を作成する方法、を得ることである。
前記α−ＳｉＣ層の上にアルミニウム、チタンおよびシリコンの層を沈着し、そして前記沈着された層の少なくとも一部分をアルミニウム−チタン−シリサイドに変換するために前記沈着された層を焼鈍しする本発明の方法により、この目的が達成される。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面を参照しながら下記で詳細に説明される。図１は、本発明によるオーム接触体を備えた半導体デバイスの１つの実施例の横断面図である。図２は、本発明によるオーム接触体の接触体抵抗率を焼鈍し時間の関数として示した図である。図３は、２つの異なる時間間隔の間焼鈍しされた本発明によるオーム接触体の接触体抵抗率を、動作温度の関数として示した図である。
発明の詳細な説明
半導体接合ダイオードは、本発明によるオーム接触体を応用することができる半導体デバイスの１つの例である。図１は、１で全体的に示された半導体接合ダイオードの実施例の図である。
ダイオード１は単結晶α−ＳｉＣの基板２を有する。単結晶α−ＳｉＣの基板２の上側表面に、α−ＳｉＣのｎ形層３ａが備えられる。前記層３ａの上側表面に、α−ＳｉＣのｐ形層３ｂが備えられる。層３ｂの中のキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。
ｐ形α−ＳｉＣ層３ｂの上に、本発明によるオーム接触体５が取り付けられたダイオード１が備えられる。
本発明により、オーム接触体５はアルミニウム−チタン−シリサイドのメタライゼーションにより構成される。
このオーム接触体５はｐ形α−ＳｉＣ層３ｂの上に、アルミニウム、チタンおよびシリコンの個別の層を沈着することにより作成される。これらの層を組合せた厚さは３００ｎｍ以下であることが好ましい。これらの層はこの順序で沈着されることが好ましく、そしてこのように沈着された層に対して焼鈍しまたは焼結が行われて、これらの沈着された層の少なくとも一部分がアルミニウム−チタン−シリサイドに変換される。この変換された部分が５ａで概略的に示されている。この変換された部分は、層３ｂとの界面に対向して配置される。けれども、オーム接触体５の変換された部分と変換されない部分との間に明確な境界線は存在しないことを指摘しておかなければならない。
沈着された層の焼鈍しまたは焼結は少なくとも９００℃の温度で、好ましくは９５０℃の温度で、そして好ましくは２００秒の時間間隔の間行われる。
図２は、オーム接触体の接触体抵抗率を、９５０℃の温度で焼鈍しまたは焼結が行われた時の焼鈍し時間または焼結時間の関数として示した図である。
高速熱処理装置のような標準的処理工程装置の中で焼鈍し工程または焼結工程を実行することができ、そしてイオン銃沈着装置またはスパッタ沈着装置を備えた電子ビーム蒸発装置により、それ自体はよく知られた方法でこれらの金属層を沈着することができる。この形式の装置は、近代的シリコン製造ラインまたはIII−Ｖ族製造ラインにおいて用いられている。
さらにダイオード１は、基板２の下側側面のオーム接触体４と、オーム接触体５に対する接合導線６とを有する。オーム接触体４はまた、本発明の方法により製造される。
接触体焼結工程の期間中、アルミニウムを後で酸化することがある少量の残留酸素をチタンが強力に捕獲するが、チタンのこの強力な酸素ゲッタ効果は、シリサイド形成を活気づけるシリコン層により打ち消される。３−金属アルミニウム−チタン−シリサイド形成の期間中、すなわち焼鈍し工程または焼結工程の期間中、捕らえられた酸素はすべてＳｉＣ−金属の界面から排除される。
本発明によるオーム接触体の接触体抵抗率が小さいことは、アルミニウムがＳｉＣの中のｐ形添加不純物であるという事実やその界面がシリサイド形成の期間中にＳｉＣの中に移動するという事実によっていることもあるが、前記の効果にもよっている。このようにして得られたアルミニウム−チタン−シリサイド接触体は、それがアルミニウムを含有しているけれども、熱的に安定である。
図３は、同じ９５０℃の温度で焼鈍しされているがそれぞれ２００秒および３００秒の間焼鈍しされた、本発明による２つの異なるオーム接触体の異なる動作温度における接触体抵抗率の温度安定性を示した図である。
このように本発明に従う方法により、非常に小さな接触体抵抗率を有しかつ広い範囲の動作温度において安定であるオーム接触体が得られる。

Claims (7)

1. α−ＳｉＣ層の上にアルミニウム、チタンおよびシリコンの各個別の層をこの順序で沈着する段階と、
   前記沈着された層をアルミニウム及びチタンからなるシリサイドに変換するために前記沈着された層を焼鈍しする段階と、
   を有することを特徴とする、半導体デバイスの中のｐ形α−ＳｉＣ層に対するオーム接触体を作成する方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記α−ＳｉＣ層の上にアルミニウム層を最初に沈着し、次に前記アルミニウム層の上にチタン層を沈着し、そして最後に前記チタン層の上にシリコン層を沈着することを特徴とする、前記方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の方法において、組合わせ厚さが３００ｎｍ以下である前記層を沈着することを特徴とする、前記方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法において、少なくとも９００℃の温度で前記層を焼鈍しすることを特徴とする、前記方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法において、９５０℃の温度で前記層を焼鈍しすることを特徴とする、前記方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の方法において、少なくとも２００秒の時間間隔の間前記層を焼鈍しすることを特徴とする、前記方法。
7. アルミニウム及びチタンからなるシリサイドで構成される少なくとも１個のオーム接触体５がα−ＳｉＣ層３ｂの上に備えられることを特徴とする、ｐ形α−ＳｉＣ層３ｂを有する半導体デバイス。

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