JP2000208438A - ＳｉＣ半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＳｉＣ半導体デバイスにおいて、オーミック電
極としてニッケルを用いたときの、炭素層形成によるハ
ンダづけ性等への悪影響を回避する。 【解決手段】オーミック電極の材質を、ニッケルと炭化
物を生成し易い金属との合金とし、炭素を炭化物にして
消費することにより、炭素層の形成を防止する。炭化物
を生成し易い金属としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ等のＩＶａ
族、Ｖａ族、ＶＩａ族金属が良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化けい素（以下
ＳｉＣと記す）を用いた半導体デバイス、特にそのオー
ミック電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波、大電力の制御を目的としてシリ
コンを用いた電力用半導体素子（以下パワーデバイスと
称する）では、各種の工夫により高性能化が進められて
いる。しかし、パワーデバイスは、高温や放射線の存在
下等で使用されることもあり、そのような条件下では、
シリコンを用いたパワーデバイスは使用できないことが
ある。またシリコンパワーデバイスより更に高性能のパ
ワーデバイスを求める声に対して、新しい材料の適用が
検討されている。本発明で取り上げるＳｉＣは、広い禁
制帯幅（４Ｈ型で３．２６ｅＶ、６Ｈ型で３．０２ｅ
Ｖ）をもつため、高温での電気伝導度の制御性や耐放射
線性に優れ、またシリコンより約一桁大きい絶縁破壊電
圧をもつため、高耐圧素子への適用が可能である。さら
に、ＳｉＣは、シリコンの約二倍の電子飽和ドリフト速
度をもつので、高周波大電力制御にも適する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に電子デバイスに
は、オーミック電極が必要であり、さらにこれをベース
金属にはんだづけする場合が多い。ＳｉＣデバイスにお
いては、電導型がｎ型の場合にはニッケル（以下Ｎｉと
記す）薄膜を形成し、これを熱処理してオーミック電極
とすることができる。しかしその熱処理の際にＮｉは、
ＳｉＣ中のシリコン原子と結合してシリサイドを形成す
る。ＳｉＣ中の余った炭素原子は、シリサイドの表面付
近に堆積して、炭素層を形成し、はんだ付けの阻害要因
となる。オージェ電子分析法によれば、炭素層の厚さは
約５０ｎｍにもなることがわかった。

【０００４】はんだ付け以外の半導体デバイスでも、シ
リサイド形成時に余った炭素原子は、半導体基板とオー
ミック電極との間に析出し、あるいは半導体基板とオー
ミック電極との間にボイドを生じて、信頼性上あるいは
接触抵抗の点から問題になっている。本発明の目的は、
密着性の高いオーミック電極をもつＳｉＣ半導体デバイ
スを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明は、ＳｉＣを用いた半導体テバイスにおいて、オー
ミック電極の材質を、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属の
ような炭化物を形成し易い金属とニッケルとの合金とす
る。

【０００６】オーミック電極として、炭化物を形成し易
い金属とＮｉとの合金を用いる。さらには、合金層を熱
処理した後、その上にＮｉ層を積層してもよい。そのよ
うにすれば、オーミック電極を形成した際にシリサイド
が形成されて余った炭素原子が消費されるので、従来の
ように表面に炭素層が形成されて、例えばはんだ付けの
阻害要因となる等の悪影響を免れることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
実施の形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明
のオーミック電極を形成したＳｉＣ半導体デバイス試料
Ａ、試料Ｂの断面図である。試料ＡはＳｉＣ基板１上の
オーミック電極をＮｉを母材とするＮｉ合金層２とした
もの、試料Ｂは、Ｎｉ合金層２の上にＮｉ層３を積層し
たものである。炭化物を形成し易い金属としては、チタ
ン（以下Ｔｉと記す）を選んだ。

【０００８】以下に、試料の作製方法と、評価方法およ
びその結果について述べる。基板には、鏡面研磨した４
Ｈ型ＳｉＣ単結晶を用いた。その厚さは、３００μｍ、
不純物濃度は、２×１０¹⁸ｃｍ^-3である。基板は、ダイ
サーにより５ｍｍ角のチップに切りわけた。本実施例で
は、（０００，−１）Ｃ面から＜１１，−２，０＞方向
に約８度傾けて研磨した面を使用した。基板の前処理と
して、有機溶剤と酸による有機物除去、および熱酸化と
ふっ酸浸漬による表面の不完全層除去をおこなった。

【０００９】以上の方法で処理した基板に、ＮｉとＴｉ
の薄膜を同時にスパッタし、約８００ｎｍの厚さのＮｉ
合金層２を形成し、真空中（１×１０^-3Ｐａ）におい
て、１０００℃、２分間の加熱をおこなって試料Ａとし
た。この試料ＡのＮｉ合金層２上に更にＮｉ層３を１μ
ｍ形成したものを試料Ｂとした。

【００１０】比較例として、上の方法で処理したＳｉＣ
基板に、Ｎｉ層のみを５００ｎｍ形成し、真空中（１×
１０^-3Ｐａ）において、１０００℃、２分間の加熱をお
こなったものを試料Ｃとした。作製した試料のはんだづ
け、およびその密着性評価は、次の方法でおこなった。

【００１１】Ｎｉメッキを施した銅（以下Ｃｕと記す）
板をホットプレートで約２００℃に加熱し、その上では
んだ（Ｐｂ−６０％Ｓｎ合金）とフラックスを溶かし、
上記の各試料を押しつけて冷却し、接合した。銅板の大
きさは２０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍである。

【００１２】このＣｕ板を折り曲げて、試料の剥がれ方
を観察した。図２は、密着性評価試験の結果を示す比較
図である。すなわち、はんだづけしたＣｕ板を折り曲
げ、ＳｉＣ基板がＣｕ板に沿って割れたとき、その破片
が剥がれなかったものの割合を示している。横軸は、試
料の種類で、実施例の内容に対応している。

【００１３】この図から、Ｔｉを加えたＮｉ合金を用い
た試料Ａおよび試料Ｂで、密着性が格段に向上している
ことがわかる。この結果は、Ｔｉが炭化物を形成し易い
金属であるため、炭化物を形成することで、Ｎｉシリサ
イド生成時に余った炭素が消費され、炭素層の形成を抑
制できたことによると考えられる。試料Ａと試料Ｂとの
間にも差があり、試料Ｂの方が密着性が更に向上してい
るが、いまのところこの理由は不明である。

【００１４】さらに、これらのオーミック特性を評価す
るため、四探針法による接触抵抗の測定をおこなった。
上記の試料作製方法でＮｉ、Ｔｉをスパッタ形成する
際、金属マスクを用いて、電極をパターニングした。電
極の形状は、直径２００μｍの円形とし、その間隔を１
ｍｍとした。

【００１５】図３は接触抵抗の比較図である。横軸は、
試料の種類で、実施例の内容に対応している。図からＴ
ｉを添加したＮｉ合金でも接触抵抗は増大せず、むしろ
僅かに減少していることがわかる。炭素層の存在が、密
着性だけでなく、接触抵抗にも悪影響を与えていたと思
われる。

【００１６】表１に、ＴｉおよびＩＶａ族のジルコニウ
ム（Ｚｒ）、Ｖａ族のバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、ＶＩａ族のクロム（Ｃｒ）、
タングステン（Ｗ）の１０００℃における炭化物生成反
応のギブス自由エネルギを示した。

【００１７】

【表１】 これらの金属は、いずれも炭化物を形成し易い金属であ
ることから、これらの金属とＮｉとの合金を用いれば、
同様の効果が得られると考えられる。他にデータは見当
たらなかったが、同じ族のＨｆ、Ｍｏ等についても同様
と考えられる。

【００１８】また、Ｎｉ合金の形成方法としては、上記
の同時スパッタの他に、それぞれの金属を例えば４００
ｎｍずつ連続的に蒸着して積層しても、その後の熱処理
で十分合金化し、良い結果が得られることが確かめられ
た。

【００１９】なお、この実施例では、４Ｈ−ＳｉＣのＣ
面上に合金層を形成した例を述べたが、本発明の方法
は、４Ｈ−ＳｉＣのＳｉ面、６Ｈ−ＳｉＣのＣ面、Ｓｉ
面にも適用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明により、Ｓｉ
Ｃ半導体テバイスにおいて、オーミック電極の材質を、
炭化物を形成し易い金属とニッケルとの合金とすること
によって、炭素層の介在を免れ、電極の密着性および接
触抵抗を大幅に改善することができた。特に、はんだ付
けを要するＳｉＣ半導体デバイスにおいて、信頼性の向
上に大きな貢献をなすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明のＳｉＣ半導体デバイ
スのオーミック電極部分の断面図

【図２】はんだづけした試料の密着性評価試験特性図

【図３】はんだづけした試料の接触抵抗評価試験特性図

【符号の説明】

１ ＳｉＣ基板 ２ Ｎｉ合金 ３ Ｎｉ層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＳｉＣを用いた半導体テバイスにおいて、
   オーミック電極の材質を、炭化物を形成し易い金属とニ
   ッケルとの合金としたことを特徴とするＳｉＣ半導体デ
   バイス。
2. 【請求項２】炭化物を形成し易い金属とニッケルとの合
   金層の上にニッケル層を積層したことを特徴とする請求
   項１記載のＳｉＣ半導体デバイス。
3. 【請求項３】炭化物を形成し易い金属として、ＩＶａ、
   Ｖａ、ＶＩａ族の金属を用いることを特徴とする請求項
   １または２に記載のＳｉＣ半導体デバイス。