半導体装置の製造方法、半導体装置
【課題】Ｎｉシリサイドを用いてＳｉＣ上で信頼性の高い低抵抗の電極を低コストで得る。
【解決手段】ｎ型ＳｉＣ層１１上にＮｉ層１２が形成される（図１（ａ））。熱処理を行うことによってＮｉ層１２のＮｉとｎ型ＳｉＣ層１１のＳｉとを反応させ、Ｎｉシリサイド層１３を形成させる（図１（ｂ））。この状態で酸化雰囲気中で熱処理を行う（図１（ｄ））。還元雰囲気中で例えば３００〜４００℃で熱処理を行う（図１（ｆ）：還元処理工程）。これにより、酸化層１５は還元され、Ｎｉ等で構成された還元層１６となる。この還元層１６は、ウェットエッチングで除去することができる（図１（ｇ）：エッチング工程）。その後、Ｎｉシリサイド層１３の上に配線層となるＴｉ／Ａｌ層３０を形成する（図１（ｈ））。
【解決手段】ｎ型ＳｉＣ層１１上にＮｉ層１２が形成される（図１（ａ））。熱処理を行うことによってＮｉ層１２のＮｉとｎ型ＳｉＣ層１１のＳｉとを反応させ、Ｎｉシリサイド層１３を形成させる（図１（ｂ））。この状態で酸化雰囲気中で熱処理を行う（図１（ｄ））。還元雰囲気中で例えば３００〜４００℃で熱処理を行う（図１（ｆ）：還元処理工程）。これにより、酸化層１５は還元され、Ｎｉ等で構成された還元層１６となる。この還元層１６は、ウェットエッチングで除去することができる（図１（ｇ）：エッチング工程）。その後、Ｎｉシリサイド層１３の上に配線層となるＴｉ／Ａｌ層３０を形成する（図１（ｈ））。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置の製造方法、特に電極の形成方法に関する。また、この製造方法によって製造された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、その禁制帯幅がシリコン等と比べて広いため、パワー素子等の材料として極めて有望である。これを用いてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、そのショットキー接合が用いられたショットキーダイオード（ＳＢＤ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等が実現されている。
【０００３】
こうした素子を形成するに際しては、半導体材料であるＳｉＣ上に形成された電極を介してＳｉＣに電流を流すことができる。この際の電極としては、ＳｉＣとの間の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）に整流性のあるショットキー電極と、整流性がなくコンタクト抵抗の低いオーミック電極の２種類がある。一般に、これらの電極は金属材料で構成され、ｎ型ＳｉＣ、ｐ型ＳｉＣのそれぞれに対して各種の材料が使用できることが知られている。
【０００４】
このうち、ｎ型ＳｉＣに対するオーミック電極は、ＭＯＳＦＥＴやＳＢＤ等の電極として広く用いられる。ｎ型ＳｉＣに対して良好なオーミック特性をもつ（Ｉ−Ｖ特性に整流性がなくコンタクト抵抗が低い）電極の材料としては、例えば特許文献１に記載されるように、ニッケル（Ｎｉ）が知られている。ただし、良好なオーミック特性をもつのはＮｉとｎ型ＳｉＣとの間ではなく、正確にはＮｉとＳｉの化合物であるＮｉシリサイド（ＮｉｘＳｉｙ）とｎ型ＳｉＣとの間である。Ｎｉシリサイドは、ＳｉＣ表面にＮｉを形成した後に熱処理を行い、ＮｉとＳｉＣとの間の化学反応によって形成される。この化学反応式は（１）式で表される。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、（ｘ、ｙ）＝（１、１）、（ｘ、ｙ）＝（１、２）等である。この場合、ＮｉｘＳｉｙが形成されると同時に、ＳｉＣからＣ（炭素）単体が遊離する。このＣは、Ｎｉシリサイド中を動き、その表面や内部で凝集し、グラファイトとして析出する。一方、Ｎｉシリサイドはオーミック電極として機能するものの、実際には配線となる他の金属材料（Ａｕ、Ａｌ等）をこの上に形成する必要がある。このため、例えばこの上にＴｉ／Ａｌ等の配線材料が更に積層される。以上の工程を模式化して示した工程断面図が図５（ａ）〜（ｄ）である。
【０００７】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１の清浄な表面に、Ｎｉ層１２が蒸着やスパッタリング法によって形成される（図５（ａ））。その後、この状態で１０００℃程度の熱処理を施すことにより、Ｎｉシリサイド層１３が（１）式の反応によって形成される（図５（ｂ））。なお、この図ではＮｉ層１２全体がＮｉシリサイド層１３となっているように記載しているが、実際にはＮｉ層１２の最表面付近はシリサイド化されずに純Ｎｉの状態となっている場合もある。この場合には、残った純Ｎｉ層はウェットエッチング等によって選択的に除去でき、最終的に図５（ｂ）の形態とすることができる。
【０００８】
ここで、図５（ｂ）の状態において、（１）式で示されたように、グラファイト１４も同時に形成される。このグラファイト１４は、Ｎｉシリサイド層１３の内部や表面に分布する。次に、Ｎｉ層１２を形成した場合と同様にして、この上に配線材料となるＴｉ／Ａｌ層３０（下層にチタン（Ｔｉ）、上層にアルミニウム（Ａｌ）を配した積層構造：配線層）が形成され、最終的な電極構造となる（図５（ｃ））。この際に、Ｔｉ／Ａｌ層３０のＴｉとＮｉシリサイド層１３との間の密着性は良好であるものの、Ｔｉとグラファイト１４との間の密着性は低い。このため、図５（ｄ）に示されるように、その後の工程、あるいはこの半導体素子の動作中において、Ｔｉ／Ａｌ層３０とＮｉシリサイド層１３の間で剥離が発生することがある。
【０００９】
こうした剥離を抑制するために、特許文献１では、熱処理後にＮｉシリサイド層１３の表面をプラズマエッチングによって除去することにより、表面のグラファイト１４を除去している。また、特許文献２では、（１）非酸化性の熱処理を行うことによってＮｉシリサイド層１３の内部のグラファイト１４を表面に移動させ、その後でこれをエッチングで除去すること、（２）酸化性の雰囲気で熱処理を行うことによって、表面に移動したグラファイト１４（Ｃ）を酸化してＣＯ、ＣＯ２の状態で気体として除去すること、が記載されている。このうち、（２）の方法は、表面のみならずＮｉシリサイド層１３内部のグラファイト１４も効率的に除去できるため、極めて有効である。
【００１０】
こうした製造方法を用いて、ＳｉＣに対するオーミック電極を、Ｎｉ（Ｎｉシリサイド）を用いて得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２４３３２３号公報
【特許文献２】特開２００７−１８４５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の方法では、Ｎｉシリサイド層１３の最表面のグラファイト１４を除去することは可能である。しかしながら、Ｎｉシリサイド層１３内部のグラファイト１４を除去することは困難である。この内部のグラファイト１４によってＮｉシリサイド層１３の機械的強度は低下するため、やはり電極の信頼性の低下の原因となる。
【００１３】
これに対して、特許文献２に記載の方法では、グラファイト１４の除去はＮｉシリサイド層１３の表面、内部両方において有効に行われる。しかしながら、これを酸化して気体化する熱処理において、酸化されるのはグラファイト１４だけではなく、同時にＮｉシリサイド層１３も酸化される。このため、Ｎｉシリサイド層１３の最表面には、Ｎｉの酸化物を主成分とし、Ｓｉ、Ｃ等の酸化物も含む酸化層が形成される。この主成分であるＮｉの酸化物（ＮｉＯ）は絶縁性であるために、電極抵抗の増大の原因となる。また、グラファイト１４と同様に、この酸化層自身がこの上のＴｉ／Ａｌ層３０等の剥離の原因となることもある。更に、例えばＮｉＯは硫酸等の強酸によってもエッチングすることができず、ＮｉＯ等を他の材料からの高い選択性をもってエッチングすることは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれによっても困難である。このため、表面の酸化層を除去するためには、酸化層を除去すべき箇所以外の部分をフォトレジスト等のマスクでカバーした上でエッチング処理を行う等の作業が必要になる。このため、工程が複雑になる。
【００１４】
このように、Ｎｉシリサイドを用いてＳｉＣ上で信頼性の高い低抵抗の電極を低コストで得ることは困難であった。
【００１５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置の製造方法は、ニッケル（Ｎｉ）シリサイドを用いた電極が炭化珪素（ＳｉＣ）層に接続された構成を具備する半導体装置の製造方法であって、ＳｉＣ層の表面にＮｉ層を形成するＮｉ形成工程と、熱処理を施すことにより、前記Ｎｉ層と前記ＳｉＣ層とを反応させることによってＮｉシリサイド層を形成するシリサイド形成工程と、前記Ｎｉシリサイド層の形成後に酸化雰囲気で熱処理を行う酸化雰囲気熱処理工程と、当該酸化雰囲気熱処理工程の後で、還元雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う還元処理工程と、Ｎｉに対するエッチング処理を行うエッチング工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記エッチング工程後に、前記Ｎｉシリサイド層と接触するように配線層を形成する配線形成工程を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記還元処理工程における熱処理の温度を３００〜４００℃の範囲とすることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記シリサイド形成工程と前記酸化雰囲気熱処理工程との間に、非酸化雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う非酸化雰囲気熱処理工程を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記エッチング工程において、超音波洗浄処理を行うことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記ＳｉＣ層表面に絶縁層を形成し、当該絶縁層に開口部を形成した後に前記Ｎｉ形成工程を行うことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法において、前記半導体装置は、前記ＳｉＣ層に対するショットキー電極が前記ＳｉＣ層の一方の主面側に形成され、前記ＳｉＣ層に対するオーミック電極が前記ＳｉＣ層の他方の主面側に形成されたＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、前記Ｎｉ形成工程におけるＮｉ層は前記他方の主面側に形成され、前記酸化雰囲気熱処理工程と、前記還元処理工程との間に、前記一方の主面側に前記ショットキー電極を形成するショットキー電極形成工程を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上のように構成されているので、Ｎｉシリサイドを用いてＳｉＣ上で信頼性の高い低抵抗の電極を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図２】Ｎｉシリサイドを用いた電極とＳｉＣとの間のＩ−Ｖ特性の還元処理温度依存性を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図５】Ｎｉシリサイドを電極に用いた従来の半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置の製造方法につき説明する。ここで用いられる半導体装置を構成する材料は炭化珪素（ＳｉＣ）であり、この製造方法は、その表面に電極を形成する方法である。この構造は、ＳｉＣが用いられる半導体装置全般、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＳＢＤ、ＭＥＳＦＥＴ等に用いられる。
【００２０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態となるこの製造方法は、ｎ型ＳｉＣウェハの全面にＮｉシリサイドを用いたオーミック電極を形成する方法である。図１（ａ）〜（ｈ）は、この半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。ここでは、ｎ型ＳｉＣ上にＮｉシリサイドを用いた低抵抗のオーミック電極が形成される。一般に、Ｎｉシリサイドに直接ボンディング等を施すことは困難であるため、更にこの上には配線層となる他の電極材料が積層される。以下では、特にこの工程について説明する。
【００２１】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１上にＮｉ層１２が形成される（図１（ａ）：Ｎｉ形成工程）。Ｎｉ層１２は、蒸着（電子線加熱蒸着）やスパッタリング等、周知の成膜方法によって形成することができる。
【００２２】
次に、熱処理を行うことによってＮｉ層１２のＮｉとｎ型ＳｉＣ層１１のＳｉとを反応させ、Ｎｉシリサイド層１３を形成させる（図１（ｂ）：シリサイド形成工程）。この熱処理温度は９００〜１２００℃程度であり、これによって（１）式の反応が生じ、ＮｉｘＳｉｙからなるＮｉシリサイド層１３が形成される。同時にグラファイト１４も形成され、Ｎｉシリサイド層１３の表面あるいは内部に析出する。なお、図１（ｂ）ではＮｉ層１２全体がシリサイド化した場合について記載しているが、Ｎｉ層１２が厚い場合には、最上部付近は未反応のＮｉが残存する場合もある。この場合においては、未反応のＮｉをウェットエッチングで除去することにより、図１（ｂ）の形態となる。
【００２３】
この状態において、低温での非酸化雰囲気熱処理を行う（図１（ｃ）：非酸化雰囲気熱処理工程）。この処理は、特許文献２に記載されたものと同様である。すなわち、特許文献２の段落番号００５５に記載されるように、非酸化性ガス雰囲気中、１００〜６００℃の温度で熱処理を行う。これにより、Ｎｉシリサイド層１３内部の炭素成分（グラファイト１４）は表面に移動する。この工程においては、前記のシリサイド反応を発生させないために、その温度をシリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低くする。
【００２４】
次に、この状態で酸化雰囲気中で熱処理を行う（図１（ｄ）：酸化雰囲気熱処理工程）。この処理も、特許文献２に記載されたものと同様である。すなわち、表面の炭素成分（グラファイト１４）は、ＣＯ、ＣＯ２となり、気体として除去される。従って、この工程により、炭素成分は除去される。
【００２５】
以上の工程については、特許文献２に記載された従来の製造方法と同様である。
【００２６】
この状態では、図１（ｅ）に示されるように、グラファイト１４の酸化と同時にＮｉシリサイド層１３の表面も酸化し、その最表面には酸化層１５が形成される。酸化層１５は、ＮｉＯを主成分とし、ＳｉＯ２等やＣ等が含まれる固体である。その主成分となるＮｉＯは絶縁物であるために、Ｎｉシリサイド層１３を電極として用いる際には、その電極抵抗の増大や剥離の原因となる。ＮｉＯは化学反応によって除去することが困難な材料である。特に、この酸化層１５を他の材料からの高い選択性をもって化学的に除去することは困難である。
【００２７】
本発明の実施の形態となる製造方法においては、この状態で、還元雰囲気（例えば０．１〜１０％のＨ２が添加されたＡｒ、Ｎ２雰囲気）中で例えば３００〜４００℃で熱処理を行う（図１（ｆ）：還元処理工程）。これにより、酸化層１５は還元され、Ｎｉ等で構成された還元層１６となる。なお、この熱処理温度が高いと、シリサイド反応が再度生じて再び炭素の析出が発生するため、この熱処理温度は前記のシリサイド形成工程よりも充分低い温度とする。具体例として、この還元処理工程を行わない場合と７５０℃で行った場合におけるＮｉシリサイド層１３のコンタクト抵抗（Ｉ−Ｖ特性）を測定した結果を図２に示す。７５０℃の場合にはコンタクト抵抗が上昇していることが確認できる。一方、この温度が３００℃よりも低いと還元の効果が小さくなる。このため、この熱処理温度は３００〜４００℃の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
この還元層１６は、ウェットエッチングで除去することができる（図１（ｇ）：エッチング工程）。この場合には、純Ｎｉを他の物質に対して高い選択比でエッチングすることができる、硫酸やＳＰＭ（硫酸と過酸化水素水の混合）等を用いることができる。ＳｉＯ２やＣ等は硫酸によってはエッチングされないが、これらは微粒子状となるため、超音波洗浄等、このウェットエッチング後の洗浄処理によって除去することが可能である。また、この時点で存在した炭素微粒子は酸には溶解しないため、特に超音波洗浄処理は有効である。このウェットエッチングにおいては、Ｎｉ、ＳｉＣ、Ｎｉシリサイドの中で、特にＮｉに対する高い選択性が得られるため、フォトレジスト等によるマスキングは不要である。これにより、酸化層１５が表面から除去されたＮｉシリサイド層１３が得られる。
【００２９】
なお、この工程においては残存したＮｉシリサイド層１３の最表面が硫酸等によってやはり酸化されることがある。しかしながら、この場合に形成される酸化膜は前記の酸化層１５と比べて非常に薄いため、これを除去するために、希フッ酸処理やプラズマ処理等によってこれを容易に除去することができる。
【００３０】
その後、Ｎｉシリサイド層１３の上に配線層となるＴｉ／Ａｌ層３０を形成する（図１（ｈ）：配線形成工程）。この際、グラファイト１４は除去されており、Ｎｉシリサイド層１３とＴｉ／Ａｌ層３０（特にＴｉ）との間で良好な密着性が得られるため、剥離は発生しにくい。すなわち、信頼性の高い低抵抗の電極が得られる。
【００３１】
上記の製造方法においては、還元処理工程とエッチング工程を行うことによって、酸化層１５を除去している。この工程の際には、酸化層１５を例えばドライエッチングで除去する場合のようなフォトレジストマスク等は不要である。このため、その上の剥離が発生せず信頼性の高い低抵抗の電極が用いられた半導体装置を低コストで得ることができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、ＳｉＣウェハの上面全面にＮｉシリサイド層を用いたオーミック電極を形成する例について記載した。しかしながら、実際には、絶縁層となるＳｉＯ２を形成し、その開口中で局所的にオーミック接続をとる必要がある場合が多い。この場合には、配線層を別途形成し、この配線層をこの開口中でＮｉシリサイド層に接触させた構造をとる。配線層は、ウェハ上の他の素子に接続された配線とされたり、ボンディングパッド等となるように、適宜パターニングされる。以下では、その場合の製造方法について記載する。図３（ａ）〜（ｇ）は、この製造方法を示す工程断面図である。
【００３３】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１の上面にＳｉＯ２層４１を形成し、その中に開口部を設ける（図３（ａ））。この開口部は、ｎ型ＳｉＣ層１１に対してオーミック接続がなされる領域に対応する。ＳｉＯ２層４１はＣＶＤ法等によって成膜することができる。その後で、フォトリソグラフィ、エッチング（ウェットエッチング、ドライエッチング）を行うことにより、開口部を形成することができる。
【００３４】
次に、この構造の開口部を含む上面全体にＮｉ層１２を形成する（図３（ｂ）：Ｎｉ形成工程）。この点については第１の実施の形態と同様である。Ｎｉ層１２の厚さは、例えば５０〜２００ｎｍ程度とする。
【００３５】
次に、熱処理を行い、Ｎｉシリサイド層１３を形成する（図３（ｃ）：シリサイド形成工程）。この工程についても、第１の実施の形態と同様である。ただし、シリサイド反応はＮｉ層１２とｎ型ＳｉＣ層１１とが直接接する箇所でしか起こらないため、図３（ｃ）に示されるように、Ｎｉシリサイド層１３は開口部にのみ形成される。他の箇所（ＳｉＯ２層４１上）のＮｉは、そのまま未反応で残る。なお、第１の実施の形態と同様に、グラファイト１４もＮｉシリサイド層１３が形成された箇所において形成される。
【００３６】
次に、この状態で酸化雰囲気中で熱処理を行う（図３（ｄ）：酸化雰囲気熱処理工程）。この工程も、第１の実施の形態と同様である。すなわち、これにより、グラファイト１４が除去され、かつＮｉシリサイド層１３の表面に酸化層１５が形成される。また、ＳｉＯ２層４１上のＮｉ層１２も酸化され、酸化層１５となる。
【００３７】
次に、還元雰囲気中での熱処理を行う（図３（ｅ）：還元処理工程）。この工程も第１の実施の形態と同様である。これにより、Ｎｉシリサイド層１３とＳｉＯ２層４１上には還元されたＮｉを主成分とする還元層１６が残される。
【００３８】
次に、還元層１６を、ウェットエッチングで除去する（図３（ｆ）：エッチング工程）。これにより、開口部においてＮｉシリサイド層１３が露出し、かつＳｉＯ２層４１上の還元層１６も除去される。なお、酸化雰囲気熱処理工程において、ＳｉＯ２層４１上のＮｉ層１２全体が酸化されず、例えばその上部のみが酸化された場合においても、還元処理工程と酸化雰囲気熱処理工程を行うことにより、結局ＳｉＯ２層４１上のＮｉが全て除去される。これにより、ＳｉＯ２層４１上には導電性のＮｉは残らないため、この上に配線パターンを形成することが可能となる。
【００３９】
次に、配線層となるＴｉ／Ａｌ層３０を、開口部中のＮｉシリサイド層１３に接続されるように形成する（図３（ｇ）：配線形成工程）。この際、Ｔｉ／Ａｌ層３０は、ＳｉＯ２層４１上の配線となるようなパターンとされる。これは、Ｔｉ／Ａｌ層３０を全面に形成した後にフォトリソグラフィ、エッチングを行うことによって行われる。あるいは、フォトリソグラフィによってフォトレジストマスクを形成した後にＴｉ／Ａｌ層３０を形成し、リフトオフを行うことによってこのパターニングを行うことができる。
【００４０】
上記の製造方法によって、ＳｉＣウェハにおいてＮｉシリサイドを用いて局所的にオーミック接合をとることが可能である。この上に、パターニングされた配線層を絶縁層を介して形成することができる。この場合においても、Ｎｉシリサイド層とその上の配線層との間の密着性を高くすることができ、信頼性の高い半導体装置を低コストで得ることができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
第１、第２の実施の形態においては、ｎ型ＳｉＣに対するＮｉシリサイドを用いたオーミック電極を形成する工程だけについて示されていた。これに対して、以下では、この製造方法を用いたＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）の製造方法について説明する。このＳＢＤにおいては、ＳｉＣウェハの上面（一方の主面）側にショットキー電極が形成され、下面（他方の主面）側に前記のＮｉシリサイドを用いたオーミック電極が形成される。この製造方法においては、Ｎｉシリサイド層表面に形成されたエッチング耐性の高い酸化層を保護膜として積極的に利用することができる。図４（ａ）〜（ｉ）は、この製造方法を示す工程断面図である。
【００４２】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１（ＳｉＣウェハ）の上面側にＳｉＯ２層４１、下面側にＮｉ層１２を形成する（図４（ａ）：Ｎｉ形成工程）。ＳｉＯ２層４１は、ＣＶＤ法等によって成膜することができ、Ｎｉ層１２については前記と同様である。
【００４３】
次に、前記のシリサイド形成工程を行う（図４（ｂ））。この際の温度は前記の通り９００〜１２００℃程度である。ただし、この際には、雰囲気に少量のＯ２を混合させる。これにより、ｎ型ＳｉＣ層１１近傍ではシリサイド反応が進みＮｉシリサイド層１３が形成されると同時に、その表面（図中下側の面）は酸化される。なお、この際に、余剰炭素はＣＯ、ＣＯ２となって気化する。このため、図１（ｅ）と同様に、下面側においては、Ｎｉシリサイド層１３の表面に酸化層１４が形成される。
【００４４】
次に、上面のＳｉＯ２層４１に開口を形成する（図４（ｃ）：開口形成工程）。この開口によってＳＢＤのショットキー接合面が規定される。また、この開口以外の箇所においては、ショットキー接合側の電極とｎ型ＳｉＣ層１１との間での絶縁が図られる。この開口は、フォトレジストをマスクとしたＳｉＯ２に対するウェットエッチング又はドライエッチングによって行うことができる。
【００４５】
次に、ショットキー電極４２をこの開口部を含む領域に形成する（図４（ｄ）：ショットキー電極形成工程）。ショットキー電極４２は、ｎ型ＳｉＣ層１１に対してショットキー接合を形成する、あるいは、この材料のシリサイドがｎ型ＳｉＣに対してショットキー接合を形成する材料が用いられ、例えばＴｉが用いられる。実際には、オーミック電極と同様に、この上にＡｌ等が積層された積層構造が用いられる。ショットキー電極４２のパターニングは、これを上面側全面に形成した後でフォトレジストをマスクとしたエッチングを行う、あるいはリフトオフ法を用いてパターニングすることができる。なお、良好なショットキー特性を得るために、前記のシリサイド形成工程における熱処理よりも低い温度での熱処理を行うこともできる。また、ショットキー電極４２に接続された配線層をＳｉＯ２層４１上に形成してもよい。
【００４６】
ショットキー電極４２とｎ型ＳｉＣ層１１との界面においては、ＳＢＤとしての動作が可能なようにショットキー障壁が形成されるが、このショットキー障壁は、この界面の状態、特に界面の反応によって変化する。このショットキー特性が良好に保たれるためには、ショットキー電極４２が形成された以降の温度を４００℃以下に保つことが必要である。このため、シリサイド化反応に高温を要するシリサイド形成工程はこの前に行うことが必要である。
【００４７】
上記の工程において、開口形成工程やショットキー電極形成工程においては、複数回のフォトリソグラフィ（フォトレジストパターンの形成）、エッチングが行われる。この際には、ＳｉＣウェハの下面側と直接接触してその工程が行われる場合が多い。ＮｉＯを主成分とした酸化層１４は、化学的に安定な材料であるため、こうした工程の際に、下面側におけるＮｉシリサイド層１３の保護膜となる。すなわち、酸化雰囲気熱処理工程と還元処理工程との間にショットキー電極形成工程を行うことにより、ショットキー電極形成工程の際に酸化層１４をそのままの状態で残しておくことができる。この際、オーミック電極の材料となるＮｉシリサイド層１３が機械的、化学的に保護される。
【００４８】
次に、この状態で前記の還元処理工程を行う（図４（ｅ））。これにより、下面の酸化層１４は、Ｎｉを主成分とする還元層１５となる。また、この温度は、前記の通り３００〜４００℃であるため、上面側のショットキー接合に対して悪影響を与えない温度範囲である。
【００４９】
次に、この構造における特にショットキー電極４２等を保護するために、上面全体にフォトレジスト層５０を形成する（図４（ｆ））。
【００５０】
この状態で、希フッ酸等を用いたウェットエッチングを行うことにより、Ｎｉを主成分とする還元層１５は除去され、下面側にＮｉシリサイド層１３が露出する（図４（ｇ）：エッチング工程）。フォトレジスト層５０があるために、上面側のＳｉＯ２層４１、ショットキー電極４２等はこの影響を受けない。また、これらはフォトレジスト層５０によって機械的にも保護される。この際には、希フッ酸の代わりに、Ｎｉをエッチングすることができ、かつフォトレジスト層５０が耐性をもつ他のエッチング液を用いることもできる。
【００５１】
次に、露出したＮｉシリサイド層１３の表面に、配線層となるＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ層４３を形成する（図４（ｈ）：配線形成工程）。
【００５２】
次に、ウェット処理、アッシング処理等によってフォトレジスト層５０を除去する（図４（ｉ））。これにより、上面側にショットキー接合側、下面側にｎ型ＳｉＣ側の電極が取り出された構成のＳＢＤが得られる。このＳＢＤを製造する際には、特に上面側の構造（ショットキー電極４２等）を形成する際に、下面側に形成されている酸化層１４がＮｉシリサイド層１３の保護膜となる。このため、高い歩留まりで容易にこのＳＢＤを製造することができる。また、Ｎｉシリサイド層１３とＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ層４３との間の密着性を高めることができることについては、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００５３】
なお、第３の実施の形態においても、ｎ型ＳｉＣ層１１の下面にＳｉＯ２層を形成し、これに開口部を設けて第２の実施の形態と同様の工程を行うことができる。これにより、下面におけるオーミック接合を局所的にとり、これに接続された配線層を形成することも可能であり、この際にも酸化層を保護膜として用いることができる。
【００５４】
なお、上記の例では、ｎ型ＳｉＣに対してＮｉシリサイドを用いたオーミック電極を形成する場合について記載したが、ｎ型以外（ｐ型、半絶縁性）のＳｉＣに対してＮｉシリサイドを用いた電極を形成する場合であっても、上記の製造方法が有効であることは明らかである。すなわち、この構造の電極は、ＳｉＣを用いたＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ｐｎ接合ダイオード等、ＳｉＣに対して電気的接続をとることが必要な全ての半導体装置に対して有効である。このため、上記の製造方法も、これらの全ての半導体装置を製造する際に有効である。
【符号の説明】
【００５５】
１１ ｎ型ＳｉＣ層
１２ Ｎｉ層
１３ Ｎｉシリサイド層
１４ グラファイト
１５ 酸化層
１６ 還元層
３０ Ｔｉ／Ａｌ層（配線層）
４１ ＳｉＯ２層
４２ ショットキー電極
４３ Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ層（配線層）
５０ フォトレジスト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置の製造方法、特に電極の形成方法に関する。また、この製造方法によって製造された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、その禁制帯幅がシリコン等と比べて広いため、パワー素子等の材料として極めて有望である。これを用いてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、そのショットキー接合が用いられたショットキーダイオード（ＳＢＤ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等が実現されている。
【０００３】
こうした素子を形成するに際しては、半導体材料であるＳｉＣ上に形成された電極を介してＳｉＣに電流を流すことができる。この際の電極としては、ＳｉＣとの間の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）に整流性のあるショットキー電極と、整流性がなくコンタクト抵抗の低いオーミック電極の２種類がある。一般に、これらの電極は金属材料で構成され、ｎ型ＳｉＣ、ｐ型ＳｉＣのそれぞれに対して各種の材料が使用できることが知られている。
【０００４】
このうち、ｎ型ＳｉＣに対するオーミック電極は、ＭＯＳＦＥＴやＳＢＤ等の電極として広く用いられる。ｎ型ＳｉＣに対して良好なオーミック特性をもつ（Ｉ−Ｖ特性に整流性がなくコンタクト抵抗が低い）電極の材料としては、例えば特許文献１に記載されるように、ニッケル（Ｎｉ）が知られている。ただし、良好なオーミック特性をもつのはＮｉとｎ型ＳｉＣとの間ではなく、正確にはＮｉとＳｉの化合物であるＮｉシリサイド（ＮｉｘＳｉｙ）とｎ型ＳｉＣとの間である。Ｎｉシリサイドは、ＳｉＣ表面にＮｉを形成した後に熱処理を行い、ＮｉとＳｉＣとの間の化学反応によって形成される。この化学反応式は（１）式で表される。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、（ｘ、ｙ）＝（１、１）、（ｘ、ｙ）＝（１、２）等である。この場合、ＮｉｘＳｉｙが形成されると同時に、ＳｉＣからＣ（炭素）単体が遊離する。このＣは、Ｎｉシリサイド中を動き、その表面や内部で凝集し、グラファイトとして析出する。一方、Ｎｉシリサイドはオーミック電極として機能するものの、実際には配線となる他の金属材料（Ａｕ、Ａｌ等）をこの上に形成する必要がある。このため、例えばこの上にＴｉ／Ａｌ等の配線材料が更に積層される。以上の工程を模式化して示した工程断面図が図５（ａ）〜（ｄ）である。
【０００７】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１の清浄な表面に、Ｎｉ層１２が蒸着やスパッタリング法によって形成される（図５（ａ））。その後、この状態で１０００℃程度の熱処理を施すことにより、Ｎｉシリサイド層１３が（１）式の反応によって形成される（図５（ｂ））。なお、この図ではＮｉ層１２全体がＮｉシリサイド層１３となっているように記載しているが、実際にはＮｉ層１２の最表面付近はシリサイド化されずに純Ｎｉの状態となっている場合もある。この場合には、残った純Ｎｉ層はウェットエッチング等によって選択的に除去でき、最終的に図５（ｂ）の形態とすることができる。
【０００８】
ここで、図５（ｂ）の状態において、（１）式で示されたように、グラファイト１４も同時に形成される。このグラファイト１４は、Ｎｉシリサイド層１３の内部や表面に分布する。次に、Ｎｉ層１２を形成した場合と同様にして、この上に配線材料となるＴｉ／Ａｌ層３０（下層にチタン（Ｔｉ）、上層にアルミニウム（Ａｌ）を配した積層構造：配線層）が形成され、最終的な電極構造となる（図５（ｃ））。この際に、Ｔｉ／Ａｌ層３０のＴｉとＮｉシリサイド層１３との間の密着性は良好であるものの、Ｔｉとグラファイト１４との間の密着性は低い。このため、図５（ｄ）に示されるように、その後の工程、あるいはこの半導体素子の動作中において、Ｔｉ／Ａｌ層３０とＮｉシリサイド層１３の間で剥離が発生することがある。
【０００９】
こうした剥離を抑制するために、特許文献１では、熱処理後にＮｉシリサイド層１３の表面をプラズマエッチングによって除去することにより、表面のグラファイト１４を除去している。また、特許文献２では、（１）非酸化性の熱処理を行うことによってＮｉシリサイド層１３の内部のグラファイト１４を表面に移動させ、その後でこれをエッチングで除去すること、（２）酸化性の雰囲気で熱処理を行うことによって、表面に移動したグラファイト１４（Ｃ）を酸化してＣＯ、ＣＯ２の状態で気体として除去すること、が記載されている。このうち、（２）の方法は、表面のみならずＮｉシリサイド層１３内部のグラファイト１４も効率的に除去できるため、極めて有効である。
【００１０】
こうした製造方法を用いて、ＳｉＣに対するオーミック電極を、Ｎｉ（Ｎｉシリサイド）を用いて得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２４３３２３号公報
【特許文献２】特開２００７−１８４５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の方法では、Ｎｉシリサイド層１３の最表面のグラファイト１４を除去することは可能である。しかしながら、Ｎｉシリサイド層１３内部のグラファイト１４を除去することは困難である。この内部のグラファイト１４によってＮｉシリサイド層１３の機械的強度は低下するため、やはり電極の信頼性の低下の原因となる。
【００１３】
これに対して、特許文献２に記載の方法では、グラファイト１４の除去はＮｉシリサイド層１３の表面、内部両方において有効に行われる。しかしながら、これを酸化して気体化する熱処理において、酸化されるのはグラファイト１４だけではなく、同時にＮｉシリサイド層１３も酸化される。このため、Ｎｉシリサイド層１３の最表面には、Ｎｉの酸化物を主成分とし、Ｓｉ、Ｃ等の酸化物も含む酸化層が形成される。この主成分であるＮｉの酸化物（ＮｉＯ）は絶縁性であるために、電極抵抗の増大の原因となる。また、グラファイト１４と同様に、この酸化層自身がこの上のＴｉ／Ａｌ層３０等の剥離の原因となることもある。更に、例えばＮｉＯは硫酸等の強酸によってもエッチングすることができず、ＮｉＯ等を他の材料からの高い選択性をもってエッチングすることは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれによっても困難である。このため、表面の酸化層を除去するためには、酸化層を除去すべき箇所以外の部分をフォトレジスト等のマスクでカバーした上でエッチング処理を行う等の作業が必要になる。このため、工程が複雑になる。
【００１４】
このように、Ｎｉシリサイドを用いてＳｉＣ上で信頼性の高い低抵抗の電極を低コストで得ることは困難であった。
【００１５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置の製造方法は、ニッケル（Ｎｉ）シリサイドを用いた電極が炭化珪素（ＳｉＣ）層に接続された構成を具備する半導体装置の製造方法であって、ＳｉＣ層の表面にＮｉ層を形成するＮｉ形成工程と、熱処理を施すことにより、前記Ｎｉ層と前記ＳｉＣ層とを反応させることによってＮｉシリサイド層を形成するシリサイド形成工程と、前記Ｎｉシリサイド層の形成後に酸化雰囲気で熱処理を行う酸化雰囲気熱処理工程と、当該酸化雰囲気熱処理工程の後で、還元雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う還元処理工程と、Ｎｉに対するエッチング処理を行うエッチング工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記エッチング工程後に、前記Ｎｉシリサイド層と接触するように配線層を形成する配線形成工程を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記還元処理工程における熱処理の温度を３００〜４００℃の範囲とすることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記シリサイド形成工程と前記酸化雰囲気熱処理工程との間に、非酸化雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う非酸化雰囲気熱処理工程を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記エッチング工程において、超音波洗浄処理を行うことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記ＳｉＣ層表面に絶縁層を形成し、当該絶縁層に開口部を形成した後に前記Ｎｉ形成工程を行うことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法において、前記半導体装置は、前記ＳｉＣ層に対するショットキー電極が前記ＳｉＣ層の一方の主面側に形成され、前記ＳｉＣ層に対するオーミック電極が前記ＳｉＣ層の他方の主面側に形成されたＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、前記Ｎｉ形成工程におけるＮｉ層は前記他方の主面側に形成され、前記酸化雰囲気熱処理工程と、前記還元処理工程との間に、前記一方の主面側に前記ショットキー電極を形成するショットキー電極形成工程を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上のように構成されているので、Ｎｉシリサイドを用いてＳｉＣ上で信頼性の高い低抵抗の電極を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図２】Ｎｉシリサイドを用いた電極とＳｉＣとの間のＩ−Ｖ特性の還元処理温度依存性を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図５】Ｎｉシリサイドを電極に用いた従来の半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置の製造方法につき説明する。ここで用いられる半導体装置を構成する材料は炭化珪素（ＳｉＣ）であり、この製造方法は、その表面に電極を形成する方法である。この構造は、ＳｉＣが用いられる半導体装置全般、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＳＢＤ、ＭＥＳＦＥＴ等に用いられる。
【００２０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態となるこの製造方法は、ｎ型ＳｉＣウェハの全面にＮｉシリサイドを用いたオーミック電極を形成する方法である。図１（ａ）〜（ｈ）は、この半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。ここでは、ｎ型ＳｉＣ上にＮｉシリサイドを用いた低抵抗のオーミック電極が形成される。一般に、Ｎｉシリサイドに直接ボンディング等を施すことは困難であるため、更にこの上には配線層となる他の電極材料が積層される。以下では、特にこの工程について説明する。
【００２１】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１上にＮｉ層１２が形成される（図１（ａ）：Ｎｉ形成工程）。Ｎｉ層１２は、蒸着（電子線加熱蒸着）やスパッタリング等、周知の成膜方法によって形成することができる。
【００２２】
次に、熱処理を行うことによってＮｉ層１２のＮｉとｎ型ＳｉＣ層１１のＳｉとを反応させ、Ｎｉシリサイド層１３を形成させる（図１（ｂ）：シリサイド形成工程）。この熱処理温度は９００〜１２００℃程度であり、これによって（１）式の反応が生じ、ＮｉｘＳｉｙからなるＮｉシリサイド層１３が形成される。同時にグラファイト１４も形成され、Ｎｉシリサイド層１３の表面あるいは内部に析出する。なお、図１（ｂ）ではＮｉ層１２全体がシリサイド化した場合について記載しているが、Ｎｉ層１２が厚い場合には、最上部付近は未反応のＮｉが残存する場合もある。この場合においては、未反応のＮｉをウェットエッチングで除去することにより、図１（ｂ）の形態となる。
【００２３】
この状態において、低温での非酸化雰囲気熱処理を行う（図１（ｃ）：非酸化雰囲気熱処理工程）。この処理は、特許文献２に記載されたものと同様である。すなわち、特許文献２の段落番号００５５に記載されるように、非酸化性ガス雰囲気中、１００〜６００℃の温度で熱処理を行う。これにより、Ｎｉシリサイド層１３内部の炭素成分（グラファイト１４）は表面に移動する。この工程においては、前記のシリサイド反応を発生させないために、その温度をシリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低くする。
【００２４】
次に、この状態で酸化雰囲気中で熱処理を行う（図１（ｄ）：酸化雰囲気熱処理工程）。この処理も、特許文献２に記載されたものと同様である。すなわち、表面の炭素成分（グラファイト１４）は、ＣＯ、ＣＯ２となり、気体として除去される。従って、この工程により、炭素成分は除去される。
【００２５】
以上の工程については、特許文献２に記載された従来の製造方法と同様である。
【００２６】
この状態では、図１（ｅ）に示されるように、グラファイト１４の酸化と同時にＮｉシリサイド層１３の表面も酸化し、その最表面には酸化層１５が形成される。酸化層１５は、ＮｉＯを主成分とし、ＳｉＯ２等やＣ等が含まれる固体である。その主成分となるＮｉＯは絶縁物であるために、Ｎｉシリサイド層１３を電極として用いる際には、その電極抵抗の増大や剥離の原因となる。ＮｉＯは化学反応によって除去することが困難な材料である。特に、この酸化層１５を他の材料からの高い選択性をもって化学的に除去することは困難である。
【００２７】
本発明の実施の形態となる製造方法においては、この状態で、還元雰囲気（例えば０．１〜１０％のＨ２が添加されたＡｒ、Ｎ２雰囲気）中で例えば３００〜４００℃で熱処理を行う（図１（ｆ）：還元処理工程）。これにより、酸化層１５は還元され、Ｎｉ等で構成された還元層１６となる。なお、この熱処理温度が高いと、シリサイド反応が再度生じて再び炭素の析出が発生するため、この熱処理温度は前記のシリサイド形成工程よりも充分低い温度とする。具体例として、この還元処理工程を行わない場合と７５０℃で行った場合におけるＮｉシリサイド層１３のコンタクト抵抗（Ｉ−Ｖ特性）を測定した結果を図２に示す。７５０℃の場合にはコンタクト抵抗が上昇していることが確認できる。一方、この温度が３００℃よりも低いと還元の効果が小さくなる。このため、この熱処理温度は３００〜４００℃の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
この還元層１６は、ウェットエッチングで除去することができる（図１（ｇ）：エッチング工程）。この場合には、純Ｎｉを他の物質に対して高い選択比でエッチングすることができる、硫酸やＳＰＭ（硫酸と過酸化水素水の混合）等を用いることができる。ＳｉＯ２やＣ等は硫酸によってはエッチングされないが、これらは微粒子状となるため、超音波洗浄等、このウェットエッチング後の洗浄処理によって除去することが可能である。また、この時点で存在した炭素微粒子は酸には溶解しないため、特に超音波洗浄処理は有効である。このウェットエッチングにおいては、Ｎｉ、ＳｉＣ、Ｎｉシリサイドの中で、特にＮｉに対する高い選択性が得られるため、フォトレジスト等によるマスキングは不要である。これにより、酸化層１５が表面から除去されたＮｉシリサイド層１３が得られる。
【００２９】
なお、この工程においては残存したＮｉシリサイド層１３の最表面が硫酸等によってやはり酸化されることがある。しかしながら、この場合に形成される酸化膜は前記の酸化層１５と比べて非常に薄いため、これを除去するために、希フッ酸処理やプラズマ処理等によってこれを容易に除去することができる。
【００３０】
その後、Ｎｉシリサイド層１３の上に配線層となるＴｉ／Ａｌ層３０を形成する（図１（ｈ）：配線形成工程）。この際、グラファイト１４は除去されており、Ｎｉシリサイド層１３とＴｉ／Ａｌ層３０（特にＴｉ）との間で良好な密着性が得られるため、剥離は発生しにくい。すなわち、信頼性の高い低抵抗の電極が得られる。
【００３１】
上記の製造方法においては、還元処理工程とエッチング工程を行うことによって、酸化層１５を除去している。この工程の際には、酸化層１５を例えばドライエッチングで除去する場合のようなフォトレジストマスク等は不要である。このため、その上の剥離が発生せず信頼性の高い低抵抗の電極が用いられた半導体装置を低コストで得ることができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、ＳｉＣウェハの上面全面にＮｉシリサイド層を用いたオーミック電極を形成する例について記載した。しかしながら、実際には、絶縁層となるＳｉＯ２を形成し、その開口中で局所的にオーミック接続をとる必要がある場合が多い。この場合には、配線層を別途形成し、この配線層をこの開口中でＮｉシリサイド層に接触させた構造をとる。配線層は、ウェハ上の他の素子に接続された配線とされたり、ボンディングパッド等となるように、適宜パターニングされる。以下では、その場合の製造方法について記載する。図３（ａ）〜（ｇ）は、この製造方法を示す工程断面図である。
【００３３】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１の上面にＳｉＯ２層４１を形成し、その中に開口部を設ける（図３（ａ））。この開口部は、ｎ型ＳｉＣ層１１に対してオーミック接続がなされる領域に対応する。ＳｉＯ２層４１はＣＶＤ法等によって成膜することができる。その後で、フォトリソグラフィ、エッチング（ウェットエッチング、ドライエッチング）を行うことにより、開口部を形成することができる。
【００３４】
次に、この構造の開口部を含む上面全体にＮｉ層１２を形成する（図３（ｂ）：Ｎｉ形成工程）。この点については第１の実施の形態と同様である。Ｎｉ層１２の厚さは、例えば５０〜２００ｎｍ程度とする。
【００３５】
次に、熱処理を行い、Ｎｉシリサイド層１３を形成する（図３（ｃ）：シリサイド形成工程）。この工程についても、第１の実施の形態と同様である。ただし、シリサイド反応はＮｉ層１２とｎ型ＳｉＣ層１１とが直接接する箇所でしか起こらないため、図３（ｃ）に示されるように、Ｎｉシリサイド層１３は開口部にのみ形成される。他の箇所（ＳｉＯ２層４１上）のＮｉは、そのまま未反応で残る。なお、第１の実施の形態と同様に、グラファイト１４もＮｉシリサイド層１３が形成された箇所において形成される。
【００３６】
次に、この状態で酸化雰囲気中で熱処理を行う（図３（ｄ）：酸化雰囲気熱処理工程）。この工程も、第１の実施の形態と同様である。すなわち、これにより、グラファイト１４が除去され、かつＮｉシリサイド層１３の表面に酸化層１５が形成される。また、ＳｉＯ２層４１上のＮｉ層１２も酸化され、酸化層１５となる。
【００３７】
次に、還元雰囲気中での熱処理を行う（図３（ｅ）：還元処理工程）。この工程も第１の実施の形態と同様である。これにより、Ｎｉシリサイド層１３とＳｉＯ２層４１上には還元されたＮｉを主成分とする還元層１６が残される。
【００３８】
次に、還元層１６を、ウェットエッチングで除去する（図３（ｆ）：エッチング工程）。これにより、開口部においてＮｉシリサイド層１３が露出し、かつＳｉＯ２層４１上の還元層１６も除去される。なお、酸化雰囲気熱処理工程において、ＳｉＯ２層４１上のＮｉ層１２全体が酸化されず、例えばその上部のみが酸化された場合においても、還元処理工程と酸化雰囲気熱処理工程を行うことにより、結局ＳｉＯ２層４１上のＮｉが全て除去される。これにより、ＳｉＯ２層４１上には導電性のＮｉは残らないため、この上に配線パターンを形成することが可能となる。
【００３９】
次に、配線層となるＴｉ／Ａｌ層３０を、開口部中のＮｉシリサイド層１３に接続されるように形成する（図３（ｇ）：配線形成工程）。この際、Ｔｉ／Ａｌ層３０は、ＳｉＯ２層４１上の配線となるようなパターンとされる。これは、Ｔｉ／Ａｌ層３０を全面に形成した後にフォトリソグラフィ、エッチングを行うことによって行われる。あるいは、フォトリソグラフィによってフォトレジストマスクを形成した後にＴｉ／Ａｌ層３０を形成し、リフトオフを行うことによってこのパターニングを行うことができる。
【００４０】
上記の製造方法によって、ＳｉＣウェハにおいてＮｉシリサイドを用いて局所的にオーミック接合をとることが可能である。この上に、パターニングされた配線層を絶縁層を介して形成することができる。この場合においても、Ｎｉシリサイド層とその上の配線層との間の密着性を高くすることができ、信頼性の高い半導体装置を低コストで得ることができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
第１、第２の実施の形態においては、ｎ型ＳｉＣに対するＮｉシリサイドを用いたオーミック電極を形成する工程だけについて示されていた。これに対して、以下では、この製造方法を用いたＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）の製造方法について説明する。このＳＢＤにおいては、ＳｉＣウェハの上面（一方の主面）側にショットキー電極が形成され、下面（他方の主面）側に前記のＮｉシリサイドを用いたオーミック電極が形成される。この製造方法においては、Ｎｉシリサイド層表面に形成されたエッチング耐性の高い酸化層を保護膜として積極的に利用することができる。図４（ａ）〜（ｉ）は、この製造方法を示す工程断面図である。
【００４２】
まず、ｎ型ＳｉＣ層１１（ＳｉＣウェハ）の上面側にＳｉＯ２層４１、下面側にＮｉ層１２を形成する（図４（ａ）：Ｎｉ形成工程）。ＳｉＯ２層４１は、ＣＶＤ法等によって成膜することができ、Ｎｉ層１２については前記と同様である。
【００４３】
次に、前記のシリサイド形成工程を行う（図４（ｂ））。この際の温度は前記の通り９００〜１２００℃程度である。ただし、この際には、雰囲気に少量のＯ２を混合させる。これにより、ｎ型ＳｉＣ層１１近傍ではシリサイド反応が進みＮｉシリサイド層１３が形成されると同時に、その表面（図中下側の面）は酸化される。なお、この際に、余剰炭素はＣＯ、ＣＯ２となって気化する。このため、図１（ｅ）と同様に、下面側においては、Ｎｉシリサイド層１３の表面に酸化層１４が形成される。
【００４４】
次に、上面のＳｉＯ２層４１に開口を形成する（図４（ｃ）：開口形成工程）。この開口によってＳＢＤのショットキー接合面が規定される。また、この開口以外の箇所においては、ショットキー接合側の電極とｎ型ＳｉＣ層１１との間での絶縁が図られる。この開口は、フォトレジストをマスクとしたＳｉＯ２に対するウェットエッチング又はドライエッチングによって行うことができる。
【００４５】
次に、ショットキー電極４２をこの開口部を含む領域に形成する（図４（ｄ）：ショットキー電極形成工程）。ショットキー電極４２は、ｎ型ＳｉＣ層１１に対してショットキー接合を形成する、あるいは、この材料のシリサイドがｎ型ＳｉＣに対してショットキー接合を形成する材料が用いられ、例えばＴｉが用いられる。実際には、オーミック電極と同様に、この上にＡｌ等が積層された積層構造が用いられる。ショットキー電極４２のパターニングは、これを上面側全面に形成した後でフォトレジストをマスクとしたエッチングを行う、あるいはリフトオフ法を用いてパターニングすることができる。なお、良好なショットキー特性を得るために、前記のシリサイド形成工程における熱処理よりも低い温度での熱処理を行うこともできる。また、ショットキー電極４２に接続された配線層をＳｉＯ２層４１上に形成してもよい。
【００４６】
ショットキー電極４２とｎ型ＳｉＣ層１１との界面においては、ＳＢＤとしての動作が可能なようにショットキー障壁が形成されるが、このショットキー障壁は、この界面の状態、特に界面の反応によって変化する。このショットキー特性が良好に保たれるためには、ショットキー電極４２が形成された以降の温度を４００℃以下に保つことが必要である。このため、シリサイド化反応に高温を要するシリサイド形成工程はこの前に行うことが必要である。
【００４７】
上記の工程において、開口形成工程やショットキー電極形成工程においては、複数回のフォトリソグラフィ（フォトレジストパターンの形成）、エッチングが行われる。この際には、ＳｉＣウェハの下面側と直接接触してその工程が行われる場合が多い。ＮｉＯを主成分とした酸化層１４は、化学的に安定な材料であるため、こうした工程の際に、下面側におけるＮｉシリサイド層１３の保護膜となる。すなわち、酸化雰囲気熱処理工程と還元処理工程との間にショットキー電極形成工程を行うことにより、ショットキー電極形成工程の際に酸化層１４をそのままの状態で残しておくことができる。この際、オーミック電極の材料となるＮｉシリサイド層１３が機械的、化学的に保護される。
【００４８】
次に、この状態で前記の還元処理工程を行う（図４（ｅ））。これにより、下面の酸化層１４は、Ｎｉを主成分とする還元層１５となる。また、この温度は、前記の通り３００〜４００℃であるため、上面側のショットキー接合に対して悪影響を与えない温度範囲である。
【００４９】
次に、この構造における特にショットキー電極４２等を保護するために、上面全体にフォトレジスト層５０を形成する（図４（ｆ））。
【００５０】
この状態で、希フッ酸等を用いたウェットエッチングを行うことにより、Ｎｉを主成分とする還元層１５は除去され、下面側にＮｉシリサイド層１３が露出する（図４（ｇ）：エッチング工程）。フォトレジスト層５０があるために、上面側のＳｉＯ２層４１、ショットキー電極４２等はこの影響を受けない。また、これらはフォトレジスト層５０によって機械的にも保護される。この際には、希フッ酸の代わりに、Ｎｉをエッチングすることができ、かつフォトレジスト層５０が耐性をもつ他のエッチング液を用いることもできる。
【００５１】
次に、露出したＮｉシリサイド層１３の表面に、配線層となるＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ層４３を形成する（図４（ｈ）：配線形成工程）。
【００５２】
次に、ウェット処理、アッシング処理等によってフォトレジスト層５０を除去する（図４（ｉ））。これにより、上面側にショットキー接合側、下面側にｎ型ＳｉＣ側の電極が取り出された構成のＳＢＤが得られる。このＳＢＤを製造する際には、特に上面側の構造（ショットキー電極４２等）を形成する際に、下面側に形成されている酸化層１４がＮｉシリサイド層１３の保護膜となる。このため、高い歩留まりで容易にこのＳＢＤを製造することができる。また、Ｎｉシリサイド層１３とＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ層４３との間の密着性を高めることができることについては、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００５３】
なお、第３の実施の形態においても、ｎ型ＳｉＣ層１１の下面にＳｉＯ２層を形成し、これに開口部を設けて第２の実施の形態と同様の工程を行うことができる。これにより、下面におけるオーミック接合を局所的にとり、これに接続された配線層を形成することも可能であり、この際にも酸化層を保護膜として用いることができる。
【００５４】
なお、上記の例では、ｎ型ＳｉＣに対してＮｉシリサイドを用いたオーミック電極を形成する場合について記載したが、ｎ型以外（ｐ型、半絶縁性）のＳｉＣに対してＮｉシリサイドを用いた電極を形成する場合であっても、上記の製造方法が有効であることは明らかである。すなわち、この構造の電極は、ＳｉＣを用いたＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ｐｎ接合ダイオード等、ＳｉＣに対して電気的接続をとることが必要な全ての半導体装置に対して有効である。このため、上記の製造方法も、これらの全ての半導体装置を製造する際に有効である。
【符号の説明】
【００５５】
１１ ｎ型ＳｉＣ層
１２ Ｎｉ層
１３ Ｎｉシリサイド層
１４ グラファイト
１５ 酸化層
１６ 還元層
３０ Ｔｉ／Ａｌ層（配線層）
４１ ＳｉＯ２層
４２ ショットキー電極
４３ Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ層（配線層）
５０ フォトレジスト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル（Ｎｉ）シリサイドを用いた電極が炭化珪素（ＳｉＣ）層に接続された構成を具備する半導体装置の製造方法であって、
ＳｉＣ層の表面にＮｉ層を形成するＮｉ形成工程と、
熱処理を施すことにより、前記Ｎｉ層と前記ＳｉＣ層とを反応させることによってＮｉシリサイド層を形成するシリサイド形成工程と、
前記Ｎｉシリサイド層の形成後に酸化雰囲気で熱処理を行う酸化雰囲気熱処理工程と、
当該酸化雰囲気熱処理工程の後で、還元雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う還元処理工程と、
Ｎｉに対するエッチング処理を行うエッチング工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程後に、
前記Ｎｉシリサイド層と接触するように配線層を形成する配線形成工程を具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記還元処理工程における熱処理の温度を３００〜４００℃の範囲とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記シリサイド形成工程と前記酸化雰囲気熱処理工程との間に、
非酸化雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う非酸化雰囲気熱処理工程を具備することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程において、超音波洗浄処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ＳｉＣ層表面に絶縁層を形成し、当該絶縁層に開口部を形成した後に前記Ｎｉ形成工程を行うことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体装置は、前記ＳｉＣ層に対するショットキー電極が前記ＳｉＣ層の一方の主面側に形成され、前記ＳｉＣ層に対するオーミック電極が前記ＳｉＣ層の他方の主面側に形成されたＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、
前記Ｎｉ形成工程におけるＮｉ層は前記他方の主面側に形成され、
前記酸化雰囲気熱処理工程と、前記還元処理工程との間に、
前記一方の主面側に前記ショットキー電極を形成するショットキー電極形成工程を具備することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
ニッケル（Ｎｉ）シリサイドを用いた電極が炭化珪素（ＳｉＣ）層に接続された構成を具備する半導体装置の製造方法であって、
ＳｉＣ層の表面にＮｉ層を形成するＮｉ形成工程と、
熱処理を施すことにより、前記Ｎｉ層と前記ＳｉＣ層とを反応させることによってＮｉシリサイド層を形成するシリサイド形成工程と、
前記Ｎｉシリサイド層の形成後に酸化雰囲気で熱処理を行う酸化雰囲気熱処理工程と、
当該酸化雰囲気熱処理工程の後で、還元雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う還元処理工程と、
Ｎｉに対するエッチング処理を行うエッチング工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程後に、
前記Ｎｉシリサイド層と接触するように配線層を形成する配線形成工程を具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記還元処理工程における熱処理の温度を３００〜４００℃の範囲とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記シリサイド形成工程と前記酸化雰囲気熱処理工程との間に、
非酸化雰囲気中で前記シリサイド形成工程における熱処理の温度よりも低い温度で熱処理を行う非酸化雰囲気熱処理工程を具備することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程において、超音波洗浄処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ＳｉＣ層表面に絶縁層を形成し、当該絶縁層に開口部を形成した後に前記Ｎｉ形成工程を行うことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体装置は、前記ＳｉＣ層に対するショットキー電極が前記ＳｉＣ層の一方の主面側に形成され、前記ＳｉＣ層に対するオーミック電極が前記ＳｉＣ層の他方の主面側に形成されたＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、
前記Ｎｉ形成工程におけるＮｉ層は前記他方の主面側に形成され、
前記酸化雰囲気熱処理工程と、前記還元処理工程との間に、
前記一方の主面側に前記ショットキー電極を形成するショットキー電極形成工程を具備することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９０８２９（Ｐ２０１２−１９０８２９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０４３６（Ｐ２０１１−５０４３６）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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