SiC半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】在SiC襯底(1)上形成包鈦和鎳的層。通過加熱形成含碳化鈦的硅化鎳層(4)。通過逆濺射來去除所析出的碳層(5)。由此，抑制在后續(xù)步驟中形成于硅化鎳上的金屬層的電極(8)發(fā)生剝離。當(dāng)碳層(5)去除前的硅化鎳表面上析出的碳量與碳化鈦的碳量之間的關(guān)系滿足預(yù)定條件時(shí)，能夠進(jìn)一步提高防止剝離的效果。
【專利說明】SiC半導(dǎo)體器件及其制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及防止電極剝離的碳化硅(SiC)半導(dǎo)體器件及其制造方法。例如，本發(fā)明涉及在諸如縱型結(jié)構(gòu)的肖特基勢壘二極管的背面電極結(jié)構(gòu)中能抑制背面電極剝離的SiC半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在以往用作為功率器件的半導(dǎo)體器件中，一些半導(dǎo)體器件主要使用硅作為其半導(dǎo)體材料。作為寬禁帶半導(dǎo)體的碳化硅(SiC)具有如下物理特性:熱傳導(dǎo)度為硅的3倍，最大電場強(qiáng)度為硅的10倍，電子遷移速度是硅的2倍。因此，近年來，對于SiC作為能夠在高溫下以高擊穿電壓且低損耗工作的功率器件的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
[0003]對于功率器件的結(jié)構(gòu)，主要采用具有背面電極的縱型半導(dǎo)體器件，且該背面電極在背面?zhèn)仍O(shè)有低電阻歐姆電極。背面電極使用各種材料及結(jié)構(gòu)。作為其中之一，提出了鈦層、鎳層和銀層的層疊體(例如，參照下述專利文獻(xiàn)I);鈦層、鎳層和金層的層疊體(例如，參照專利文獻(xiàn)2)等。
[0004]在以肖特基勢壘二極管為代表的使用SiC的縱型半導(dǎo)體器件中，使用如下方法:在SiC襯底上形成鎳層之后，通過加熱形成硅化鎳層，在SiC襯底與硅化鎳層之間形成歐姆接觸(例如，參照下述專利文獻(xiàn)I和下述專利文獻(xiàn)2)。然而，存在如下問題:在硅化鎳層上形成背面電極時(shí)，背面電極容易從硅化鎳層剝離。
[0005]因此，提出了如下背面電極的技術(shù):在去除了形成硅化鎳層時(shí)殘留在硅化鎳層表面的鎳層之后，依次層疊鈦層、鎳層和銀層(例如，參照下述專利文獻(xiàn)3)。并且提出了:陰極電極的與硅化鎳層接觸的部分由鎳以外的其他金屬構(gòu)成，從而抑制剝離的缺陷。并且還提出了:即使在硅化鎳等與陰極電極之間形成析出了碳的層，也能與鎳層一起去除析出了碳的層，從而能防止剝離。
[0006]此外，還提出了如下技術(shù):去除形成在硅化鎳層表面的碳化物，從而提高背面電極的粘附性(例如，參照下述專利文獻(xiàn)4)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)I JP-A-2007-184571 專利文獻(xiàn) 2 JP-A-2010-86999
專利文獻(xiàn) 3 JP-A-2008-53291 專利文獻(xiàn) 4 JP-A-2003-243323

【發(fā)明內(nèi)容】

技術(shù)問題
[0008]在屬于【背景技術(shù)】的專利文獻(xiàn)3或?qū)＠墨I(xiàn)4中，存在如下問題:即使在被設(shè)計(jì)為能抑制缺陷的結(jié)構(gòu)的背面電極中，硅化鎳層與陰極電極層的鈦層之間的粘附性也較低。例如，存在如下問題:在切割半導(dǎo)體器件時(shí)，背面電極會從硅化鎳層剝離。
[0009]例如，在專利文獻(xiàn)3所述的SiC半導(dǎo)體器件用背面電極的制造方法中，在SiC襯底上形成鎳層，通過后續(xù)的加熱來形成硅化鎳層，并在SiC與硅化鎳層之間形成歐姆接觸。
[0010]根據(jù)專利文獻(xiàn)I的記載，硅化鎳通過下述的反應(yīng)式所表示的固相反應(yīng)來生成。 Ni+2SiC — NiSi2+2C
[0011]上述反應(yīng)式所生成的碳(C)作為不穩(wěn)定的過飽和狀態(tài)或微析出體存在，從而分散在硅化鎳層的整個(gè)內(nèi)部。若在形成硅化物之后進(jìn)行加熱處理，則該C一下子被排出，并作為被視為石墨的析出物而在硅化物層的內(nèi)部和表面層狀地凝聚(析出)。析出物是脆弱且粘附性差的材料。因此，在其上有輕微的應(yīng)力作用時(shí)，析出物就容易破損。由此，形成于硅化物層上的背面電極金屬層會剝離。
[0012]如上所述，在制造SiC半導(dǎo)體器件的工序中，在SiC襯底上蒸鍍用于形成歐姆電極的Ni之后，通過加熱處理使得SiC襯底和電極的Ni彼此發(fā)生反應(yīng)，從而形成硅化鎳。而且，由于在形成半導(dǎo)體器件的肖特基電極的步驟等中進(jìn)行各種加熱處理，因此存在如下問題:SiC襯底的碳會擴(kuò)散，并在硅化鎳中或硅化鎳的表面上析出。
[0013]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供能充分抑制背面電極剝離的SiC半導(dǎo)體器件的制造方法、以及具有能防止背面電極剝離的背面電極結(jié)構(gòu)的SiC半導(dǎo)體器件。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明，為了在SiC半導(dǎo)體的襯底上形成電極，采用如下方法以取代形成Ni層的【背景技術(shù)】的方法:形成含鈦和鎳的層，且通過加熱形成含碳化鈦的硅化鎳層。含碳化鈦的硅化鎳層可通過在SiC襯底上例如依次層疊鎳層和鈦層來構(gòu)成含鈦和鎳的層之后進(jìn)行加熱來形成。由于生成了碳化鈦，因而能夠防止碳的析出。
[0015]而且，利用逆濺射來去除在含碳化鈦的硅化鎳層上析出的碳層，從而能夠抑制后續(xù)步驟中形成于硅化鎳上的金屬層發(fā)生剝離。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，在形成背面電極金屬膜之前，去除由于在形成含碳化鈦的硅化鎳層之后進(jìn)行的各種處理步驟(為形成肖特基電極等)而在表面析出的碳層，從而能夠防止背面電極的剝離。
[0017]當(dāng)碳層去除前的硅化鎳表面析出的碳量與碳化鈦的碳量之間的關(guān)系滿足預(yù)定條件時(shí)，能夠進(jìn)一步提高防止剝離的效果。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，在含碳化鈦的硅化鎳層一側(cè)配置有鈦層并與其相接觸，作為形成于含碳化鈦的硅化鎳層上的金屬層。在鈦層上依次層疊鎳層和金層，從而形成背面電極。將硅化鎳層稱作為歐姆電極，將鈦層、鎳層和金層依次層疊的金屬層稱作為背面電極。將由歐姆電極和背面電極構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱作為背面電極結(jié)構(gòu)。另一方面，在SiC襯底的與背面電極結(jié)構(gòu)相反的表面上，與SiC襯底相接觸地形成肖特基電極，且在肖特基電極上形成由金屬層構(gòu)成的表面電極。將由肖特基電極和表面電極構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱作為表面電極結(jié)構(gòu)。
[0019]通過對含鎳和鈦的層進(jìn)行加熱而生成的含碳化鈦層的層與硅化鎳層之間的粘附性、以及與背面電極中使用的鈦層之間的粘附性優(yōu)異。
[0020]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明具有如下特征。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，在SiC半導(dǎo)體中形成電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括:在所述SiC半導(dǎo)體上形成含鎳和鈦的層之后，通過加熱來生成含有碳化鈦的硅化鎳層；通過逆濺射來去除在硅化鎳層的表面上生成的碳層；通過在含有碳化鈦的硅化鎳層上依次層疊鈦層、鎳層和金層從而形成金屬層。
[0022]優(yōu)選為，在含有碳化鈦的硅化鎳層的表面上生成的碳層配置成使得最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于最表面的碳原子總數(shù)的比例不小于12%。這里，最表面對應(yīng)于利用AES (俄歇電子分光分析:Auger Electron Spectroscopy)、XPS (X射線光電子分光分析)等分析表面時(shí)到達(dá)所要分析的表面深度的部分。最表面的深度為幾nm。具體而言，最表面的深度為2至3nm。諸如EPMA的其他表面分析方法會獲得深度至幾μ m的平均化信息。為了澄清與它們的區(qū)別，這里將表面深度表述為“最表面”或“頂面”。“最表面的碳原子總數(shù)”包括在表面析出的碳層的碳原子數(shù)量、最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量、以及最表面的硅化鎳層中殘留的未反應(yīng)的碳原子數(shù)量。優(yōu)選為，最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于最表面的碳原子總數(shù)的比例不小于12%。當(dāng)比例不小于12%時(shí)，能防止電極的金屬層發(fā)生剝離，且抑制剝離的效果顯著。比例的上限可適當(dāng)選擇。已確認(rèn)在30%時(shí)可確保防止剝離的效果，在20%時(shí)防止剝離的效果充分。由此，比例不小于12%且不大于30%，優(yōu)選為不小于12%且不大于20%。
[0023]本發(fā)明中，優(yōu)選為在SiC半導(dǎo)體的表面上依次層疊鎳層和鈦層從而形成含鎳和鈦的層。
[0024]在硅化鎳層的表面上生成的碳層由局部地或者以形成多個(gè)原子層的方式析出在硅化鎳層的表面上的碳原子構(gòu)成。碳原子析出I至9層，優(yōu)選為I至3層，且大多在硅化鎳層的表面上局部析出。碳原子局部地像島狀那樣析出。例如，碳原子像面積不大于I μ m2的島狀或區(qū)域結(jié)構(gòu)那樣析出。
[0025]本發(fā)明所涉及的SiC半導(dǎo)體器件具有背面電極結(jié)構(gòu)作為電極結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)，該背面電極結(jié)構(gòu)包括含碳化鈦的硅化鎳層的歐姆電極和金屬層的背面電極，并且所述SiC半導(dǎo)體器件具有肖特基電極和表面電極作為表面電極結(jié)構(gòu)。
[0026]優(yōu)選為，使用氬氣逆濺射作為本發(fā)明的逆濺射。此時(shí),氬氣的壓力優(yōu)選值不小于0.1Pa且不大于IPa，RF功率不小于100W且不大于600W。當(dāng)壓力超過上限或下限值、或者功率超過下限值時(shí)，難以進(jìn)行逆濺射的穩(wěn)定放電。而當(dāng)功率超過上限值時(shí)，對于器件的損傷較大。
[0027]本發(fā)明所涉及的SiC半導(dǎo)體器件的特征在于，利用本發(fā)明所涉及的SiC半導(dǎo)體器件的制造方法來制造。此外，本發(fā)明所涉及的SiC半導(dǎo)體器件的特征在于，包括如下電極結(jié)構(gòu):其中在SiC半導(dǎo)體上依次層疊有含碳化鈦的硅化鎳層、鈦層、鎳層和金層。此外，優(yōu)選為，含碳化鈦的硅化鎳層中，硅化鎳層、碳化鈦層按照到SiC半導(dǎo)體的距離依次增大的順序依次層疊。
本發(fā)明的有益效果
[0028]根據(jù)本發(fā)明所涉及的碳化硅半導(dǎo)體器件的制造方法，能夠充分抑制電極的剝離。由于電極的剝離被抑制，因此切割時(shí)的剝離被抑制，從而可提高成品率，提高生產(chǎn)效率。在本發(fā)明所涉及的碳化硅半導(dǎo)體器件的制造方法中，在所述碳化硅半導(dǎo)體上形成含鎳和鈦的層之后，通過加熱來生成包含碳化鈦的硅化鎳層，通過逆濺射來去除在所述硅化鎳層的表面上生成的碳層。由此，能夠抑制之后形成的金屬層的電極發(fā)生剝離，從而能夠提高相對于切割時(shí)發(fā)生剝離的成品率。此外，通過在包含碳化鈦的所述硅化鎳層上依次層疊鈦層、鎳層和金層，從而提高包含碳化鈦的硅化鎳層與鈦層之間的粘附性。由此，能夠進(jìn)一步防止剝離。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在包含碳化鈦的所述硅化鎳層的表面上生成的碳層配置成使得最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于最表面的碳原子總數(shù)的比例不小于12%時(shí)，具有如下的顯著效果:不會在硅化鎳層的表面與電極的金屬層之間產(chǎn)生剝離。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體器件，電極的剝離被抑制。當(dāng)本發(fā)明被應(yīng)用于肖特基勢壘二極管時(shí)，能夠在抑制具有1000V以上高耐壓的肖特基勢壘二極管發(fā)生泄漏的同時(shí)減小導(dǎo)通電阻。其結(jié)果是，能夠減小芯片面積并降低產(chǎn)品單價(jià)。此外，能夠制造大額定值的二極管，能應(yīng)用于需要大電流的工業(yè)電動(dòng)機(jī)、新干線車廂等的逆變器。因此，能夠有助于裝置的高效率及小型化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031 ] 圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中的SiC襯底的剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中形成保護(hù)環(huán)的步驟的剖視圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中形成絕緣層及硅化鎳層的步驟的剖視圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中形成接觸孔的步驟的剖視圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中形成肖特基電極的步驟的剖視圖。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中形成表面電極的步驟的剖視圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中去除形成于硅化鎳上的碳層的步驟的剖視圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管制造過程中形成背面電極的步驟的剖視圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管的示例的圖。
圖10是表示本發(fā)明所涉及的TiC帶來的碳原子濃度不小于12%時(shí)背面電極未剝離的圖表。
圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管的另一示例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0033]參照圖1至8說明肖特基勢壘二極管，作為本發(fā)明所涉及的SiC半導(dǎo)體器件的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1至8是用于說明制造肖特基勢壘二極管的方法的圖。圖1至8示意性地示出制造步驟中的肖特基勢壘二極管的截面。圖8示出所制造的肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)。使用SiC半導(dǎo)體的肖特基勢壘二極管設(shè)有SiC襯底1、保護(hù)環(huán)2、包含碳化鈦的硅化鎳層4、碳層5、肖特基電極6、表面電極7、以及背面電極8。
[0034]圖1是表示SiC襯底I的剖視圖。SiC襯底I通過在由SiC構(gòu)成的晶片層上層疊由SiC構(gòu)成的外延層來形成。圖1中，晶片層和外延層由同一標(biāo)號表不。
[0035]圖2是表示形成保護(hù)環(huán)2的步驟的圖。通過向SiC襯底I表面?zhèn)鹊囊徊糠滞庋訉幼⑷腚x子，從而形成保護(hù)環(huán)2。
[0036]圖3是表示形成絕緣層3和硅化鎳層4的步驟的剖視圖。在保護(hù)環(huán)2上形成由SiO2構(gòu)成的絕緣層3之后，在SiC襯底I的背面形成含鎳(Ni)和鈦(Ti)的層。通過后續(xù)的加熱，來形成包含碳化鈦的硅化鎳層4。對于含鎳和鈦的層，優(yōu)選為按照到SiC襯底I的背面?zhèn)鹊木嚯x依次增大的順序形成鎳層和鈦層。可在鎳和鈦之間的膜厚比設(shè)置在1:1至10:1的范圍內(nèi)，優(yōu)選為3:1至6:1的范圍內(nèi)通過層疊來形成鎳層和鈦層。此時(shí)，優(yōu)選為鎳的膜厚為20至lOOnm，且鈦的膜厚為10至50nm。此外，可在鎳中包含鈦?zhàn)鳛楹辖饋硇纬缮鲜龅膶印？稍阪嚭外佒g的比例設(shè)置在1:1至10:1的范圍內(nèi)，優(yōu)選為3:1至6:1的范圍內(nèi)來形成該層。
[0037]可將諸如蒸鍍或?yàn)R射的薄膜形成方法用作為用于形成鎳層和鈦層的方法。在形成薄膜之后，在氬氣氣氛中將薄膜加熱至1000至1200°C，從而獲得硅化鎳層4。
[0038]由此形成的包含碳化鈦的硅化鎳層4的厚度為10至lOOnm，優(yōu)選厚度為20至30nmo
[0039]碳化鈦與構(gòu)成背面電極的層疊體中的鈦之間具有良好的粘附性，從而碳化鈦具有抑制背面電極剝離的功能。此外，在包含碳化鈦的硅化鎳層4中，更優(yōu)選為最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于最表面上析出的碳原子總數(shù)的比例不小于12%，從而防止電極剝離。此外，即使比例小于12%，也可抑制剝離，從而獲得提高成品率的效果。
[0040]圖4是表示形成接觸孔的步驟的剖視圖。如圖4所示，通過蝕刻來去除絕緣層3的一部分，從而形成接觸孔。
[0041]圖5是表示形成肖特基電極6的步驟的圖。例如，在通過蝕刻而暴露的那部分SiC襯底I中形成鈦膜作為肖特基電極，通過后續(xù)的加熱來形成肖特基接觸。加熱溫度為400至600°C左右。加熱氣氛為IS氣或氦氣。此時(shí)，娃化鎳層內(nèi)部包含的一部分碳在包含碳化鈦的硅化鎳層的表面上析出，從而如圖5所示形成碳層5。碳層5為數(shù)個(gè)原子層，且為局部析出。
[0042]圖6是表示形成表面電極7的步驟的剖視圖。如圖6所示，肖特基電極6例如被鋁覆蓋，從而作為表面電極7。
[0043]圖7是表示去除形成于包含碳化鈦的硅化鎳層4上的碳層5的步驟的剖視圖。如圖7所示，實(shí)施逆濺射以去除形成于硅化鎳層4的表面上的碳層5。優(yōu)選為，逆濺射在氬氣的壓力不小于0.1Pa且不大于IPa，RF功率不小于IOOW且不大于300W的條件下進(jìn)行。
[0044]圖8是表示形成金屬層的層疊體以用作為背面電極8的步驟的剖視圖。在去除了碳層5的包含碳化鈦的硅化鎳層4上形成由依次層疊鈦、鎳和金的層疊體而構(gòu)成的背面電極8。
[0045]之后，對所有成膜操作完成后的襯底進(jìn)行切割。由此，可獲得SiC肖特基勢壘二極管的芯片。
[0046]對肖特基勢壘二極管進(jìn)行了說明。然而，本發(fā)明所涉及的SiC半導(dǎo)體器件并不局限于肖特基勢壘二極管，也可以相同方式應(yīng)用于諸如MOSFET的使用SiC的各種半導(dǎo)體器件。
[0047](實(shí)施例1)
圖9是說明具有本實(shí)施例所制造的場限環(huán)結(jié)構(gòu)的肖特基勢壘二極管(FLR-SBD)的圖。該FLR-SBD也與上述圖1至9所記載的步驟同樣地來制造。
[0048]首先，通過離子注入，在形成有外延層(低濃度η型漂移層)13的SiC襯底(高濃度η型襯底)12上形成溝道終止用的η型區(qū)、終端結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)(P型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū))14、以及FLR結(jié)構(gòu)16用的P型區(qū)。
[0049]之后，為了將用于形成溝道終止用的η型區(qū)而注入的磷以及用于形成終端結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)14和FLR結(jié)構(gòu)16用的P型區(qū)而注入的鋁激活，在氬氣氣氛中在1620°C下進(jìn)行180秒的激活。之后，使用常壓CVD (化學(xué)氣相沉積)裝置在襯底的表面?zhèn)壬闲纬?00nm厚的SiO2 膜。
[0050]另一方面，使用濺射裝置在SiC襯底12的背面?zhèn)壬弦来螌盈B60nm厚的鎳層和20nm厚的鈦層，從而對襯底的背面?zhèn)冗M(jìn)行成膜。使用設(shè)有紅外線燈的高速退火裝置(RTA)，在氬氣氣氛中且在1050°C下對成膜后的SiC襯底12進(jìn)行2分鐘的加熱處理。由于該加熱處理，使得SiC襯底12的硅原子與鎳發(fā)生反應(yīng)而生成硅化鎳，從而可獲得歐姆接觸。此外，SiC襯底12的碳原子與鈦發(fā)生反應(yīng)而生成碳化鈦，并在硅化鎳的表面上析出。此時(shí)，未反應(yīng)的碳原子殘留在硅化鎳層中。硅化鎳層最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于在表面析出的碳原子總數(shù)的比例不小于12%。這里，通過XPS分析來計(jì)算碳原子數(shù)量。根據(jù)283eV附近觀察到的Cls峰值處因化學(xué)漂移而出現(xiàn)的多個(gè)Cls峰值強(qiáng)度的總計(jì)值與TiC帶來的峰值強(qiáng)度之間的比例來計(jì)算。
[0051]使用氫氟酸緩沖液在SiC襯底12的表面?zhèn)鹊难趸ぶ行纬山佑|孔(參照圖4)，且利用濺射裝置將肖特基電極15用的鈦膜形成為200nm厚。之后，使用設(shè)有紅外線燈的高速退火裝置(RTA)在氬氣氣氛中且在500°C下進(jìn)行5分鐘的處理(參照圖5)。此時(shí)，硅化鎳層中的C析出，從而形成薄碳層。之后，快速地使用濺射裝置將表面電極用的鋁膜形成為5000nm厚(參照圖6)。在形成表面電極的膜之后，將SiC襯底12反轉(zhuǎn)，在0.5Pa的壓力下且在300W的RF功率下進(jìn)行3分鐘的氬氣逆濺射，從而去除形成于硅化鎳層的表面上的碳層(參照圖7)。接著，使用蒸鍍裝置在硅化鎳層上連續(xù)蒸鍍70nm厚的鈦、700nm厚的鎳和200nm厚的金，從而形成金屬層疊體的背面電極(歐姆電極)11 (參照圖8)。
[0052]對形成有上述電極結(jié)構(gòu)的SiC襯底12進(jìn)行切割。其結(jié)果是，能夠獲得背面電極11完全不會剝離且室溫下的導(dǎo)通電壓(Vf)為1.7V的SiC肖特基勢壘二極管。
[0053](比較例I)
接著，對比較例I中的SiC半導(dǎo)體器件的制造工序進(jìn)行說明。在上述實(shí)施例1中，在形成背面電極時(shí)，是對其上形成有Ti層的Ni層進(jìn)行加熱，來獲得包含碳化鈦的硅化鎳。另一方面，比較例I是對其上未形成有Ti層的Ni層進(jìn)行加熱的示例。通過離子注入，在形成有外延層的SiC襯底上形成溝道終止用的η型區(qū)、終端結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)、浮置限制環(huán)(FLR)結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)。之后，為了將用于形成溝道終止用的η型區(qū)而注入的磷以及用于形成終端結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)和FLR結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)而注入的鋁激活，在氬氣氣氛中在1620°C下進(jìn)行180秒的激活。[0054]然后，使用常壓CVD裝置在襯底的表面?zhèn)壬闲纬?00nm厚的SiO2膜。之后，使用濺射裝置在襯底的背面?zhèn)刃纬?0nm厚的鎳層。之后，以與實(shí)施例1相同的方式，使用設(shè)有紅外線燈的高速退火裝置(RTA)，在氬氣氣氛中在1050°C下對成膜后的SiC襯底進(jìn)行2分鐘的加熱處理。由于該加熱處理，使得SiC襯底的硅原子與鎳發(fā)生反應(yīng)，從而生成硅化鎳。在形成硅化物層之后，利用與實(shí)施例1相同的工序，形成表面電極膜。之后，將襯底反轉(zhuǎn)，在0.5Pa的壓力下且在300W的RF功率下進(jìn)行3分鐘的氬氣逆濺射。然后，去除形成于硅化鎳層的表面上的碳層。之后，在硅化鎳層上，按照到襯底的距離依次增大的順序?qū)盈B與實(shí)施例I相類似的金屬層即Ti層、Ni層和Au層，從而形成這些金屬層的層疊體作為背面電極。對由此獲得的SiC襯底進(jìn)行切割。其結(jié)果是，背面電極在硅化鎳層與背面電極中的鈦層之間的界面上剝離。
[0055](比較例2)
在比較例2中，到形成表面電極用的鋁膜為止，使用與實(shí)施例1相同的方法。之后，不進(jìn)行逆濺射地形成背面電極。對由此獲得的SiC襯底進(jìn)行切割。其結(jié)果是，背面電極在硅化鎳層與背面電極中的鈦層之間的界面上剝離。
[0056](實(shí)施例2)
對硅化鎳層最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于最表面析出的碳原子總數(shù)的比例不同的情況進(jìn)行分析。除了將用于生成包含碳化鈦的硅化鎳層的鈦層的厚度加以改變之外，以與實(shí)施例1相同的方式，如下述那樣制造每個(gè)SiC肖特基勢壘二極管。
[0057]通過離子注入，在形成有外延層的SiC襯底上形成溝道終止用的η型區(qū)、終端結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)、浮置限制環(huán)(FLR)結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)。之后，為了將用于形成溝道終止用的η型區(qū)而注入的磷以及用于形成終端結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)和FLR結(jié)構(gòu)用的P型區(qū)而注入的鋁激活，在氬氣氣氛中在1620°C下進(jìn)行180秒的激活。然后，使用常壓CVD裝置在襯底的表面?zhèn)壬闲纬?00nm厚的SiO2膜。之后,使用派射裝置在襯底的背面?zhèn)刃纬葾nm厚的鈦層和60nm厚的鎳層，使用RTA裝置在氬氣氣氛中在1050°C下對成膜后的襯底進(jìn)行2分鐘的加熱處理，從而生成碳化鈦和硅化鎳。
[0058]以不同的膜厚來形成多個(gè)Ti和Ni的層并進(jìn)行加熱，從而能夠形成Ti和Ni之間的比例不同的包含碳化鈦的硅化鎳層。具體而言，使生成硅化鎳層時(shí)的鈦層的濺射厚度A在O至40nm之間可變，從而改變碳化鈦的生成量。由此，對背面電極的粘附性進(jìn)行評估。
[0059]圖10是表示TiC帶來的碳原子濃度與有無剝離之間的關(guān)系的圖表。圖10中，縱軸表示碳C的組成比(原子％)，橫軸表示各樣本A至O。白圈表示沒有剝離，黑圈表示發(fā)生剝離。由圖10可知，存在TiC帶來的碳原子濃度不小于12%時(shí)背面電極不剝離的相關(guān)關(guān)系。
[0060]例如,在進(jìn)行成膜使得鈦層的厚度A為IOnm且鎳層的厚度為60nm的情況下,最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于在表面析出的碳原子總數(shù)為6%。之后，以與實(shí)施例1相同的方式來形成背面電極。對由此獲得的襯底進(jìn)行切割。其結(jié)果是，背面電極在硅化鎳層與鈦層之間的界面上剝離。
[0061]存在當(dāng)比例小于12%時(shí)發(fā)生剝離的情況。然而，與比較例I和比較例2相比，剝離的比例減少，從而成品率提聞。
[0062](實(shí)施例3)
圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的肖特基勢壘二極管的另一示例的圖。作為實(shí)施例I中圖示的肖特基勢壘二極管的替代，具有圖11所示的結(jié)勢壘肖特基(JBS)結(jié)構(gòu)17的肖特基勢壘二極管(SBD)可與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行制造。從SiC襯底12 —側(cè)，按照距離依次增大的順序依次形成并層疊60nm厚的鎳層和20nm厚的鈦層，通過加熱處理來生成包含碳化鈦的硅化鎳層。之后，通過逆濺射來去除后續(xù)制造步驟中析出的碳原子。在形成背面電極11之后，切割SiC襯底12。其結(jié)果是，背面電極11沒有發(fā)生剝離。
[0063]由上述的實(shí)施例和比較例的結(jié)果可知，本發(fā)明所涉及的SiC半導(dǎo)體器件能夠充分抑制背面電極的剝離，SiC半導(dǎo)體器件的可靠性優(yōu)異。
[0064]上述實(shí)施方式及實(shí)施例是為了容易理解本發(fā)明而記載的。本發(fā)明不限于這些方式。
工業(yè)上的實(shí)用性
[0065]本發(fā)明所涉及的肖特基勢壘二極管能夠作為具有1000V以上高耐壓的肖特基勢壘二極管來使用，在抑制泄漏的同時(shí)能夠減小導(dǎo)通電阻。由此，本發(fā)明在減小芯片面積且降低產(chǎn)品單價(jià)方面是有用的。此外，能夠制造大額定值的二極管，能應(yīng)用于需要大電流的工業(yè)電動(dòng)機(jī)、新干線車廂等的逆變器。因此，能夠有助于裝置的高效率及小型化。
標(biāo)號說明
[0066]I SiC 襯底 2保護(hù)環(huán)
3絕緣層
4包含碳化鈦的硅化鎳層 5碳層 6肖特基電極 7表面電極 8背面電極 11歐姆電極 12高濃度η型襯底 13低濃度η型漂移層 14 P型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū) 15肖特基電極
16FLR結(jié)構(gòu)
17JBS結(jié)構(gòu)
【權(quán)利要求】
1.一種SiC半導(dǎo)體器件的制造方法，在SiC半導(dǎo)體中形成電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 在所述SiC半導(dǎo)體上形成含鎳和鈦的層之后，通過加熱來生成含有碳化鈦的硅化鎳層； 通過逆濺射來去除在所述硅化鎳層的表面上生成的碳層； 通過在含有碳化鈦的所述硅化鎳層上依次層疊鈦層、鎳層和金層從而形成金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 在含有碳化鈦的所述硅化鎳層的表面上生成的碳層配置成使得最表面的碳化鈦中包含的碳原子數(shù)量相對于最表面的碳原子總數(shù)的比例不小于12%。
3.如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 在所述SiC半導(dǎo)體的表面上依次層疊鎳層和鈦層從而形成所述含鎳和鈦的層。
4.如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 在所述硅化鎳層的表面上生成的碳層由局部地或者以形成I至9個(gè)原子層的方式析出在所述硅化鎳層的表面上的碳原子構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述SiC半導(dǎo)體器件具有背面電極結(jié)構(gòu)作為所述電極結(jié)構(gòu)，該背面電極結(jié)構(gòu)包括含碳化鈦的所述硅化鎳層的歐姆電極和所述金屬層的背面電極，并且所述SiC半導(dǎo)體器件具有肖特基電極和表面電極作為表面電極結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述逆濺射是氬氣逆濺射，其中氬氣的壓力不小于0.1Pa且不大于lPa，RF功率不小于IOOff且不大于600W。
7.—種SiC半導(dǎo)體器件，其特征在于， 利用權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法來制造。
8.—種SiC半導(dǎo)體器件，其特征在于， 包括如下電極結(jié)構(gòu): 其中在SiC半導(dǎo)體上依次層疊有含有碳化鈦的硅化鎳層、鈦層、鎳層和金層。
9.如權(quán)利要求8所述的SiC半導(dǎo)體器件，其特征在于， 含有碳化鈦的所述硅化鎳層中，硅化鎳層、碳化鈦層按照到SiC半導(dǎo)體的距離依次增大的順序依次層疊。
【文檔編號】H01L21/28GK103548119SQ201280024155
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月30日
【發(fā)明者】今井文一 申請人:富士電機(jī)株式會社