JP2012004185A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物ドープを用いることなく、低温プロセスでオーミック電極を形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ⁺型基板１の表面側に素子構造や表面電極を形成した後、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂにアモルファス層１２を形成する。そして、アモルファス層１２が形成された裏面１ｂ上に金属薄膜１１０を形成した後、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂ側に光子エネルギーとレーザ出力の積が１０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以上かつ８０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以下となるような条件でレーザ光を照射することでシリサイド層１１１を含むドレイン電極１１を形成する。これにより、ｎ⁺型基板１に高温処理を行うことなく、ｎ⁺型基板１にドレイン電極１１にシリサイド層１１１を生成できる。したがって、不純物ドープ層を用いることなく、かつ低温プロセスによってドレイン電極１１をオーミック電極にできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）で構成される半導体素子に形成される電極のオーミック接触を実現することができる半導体装置の製造方法に関する。

従来より、ＳｉＣ基板に縦型パワーデバイスを形成した場合、当該デバイスを電気回路等と接続するための電極、特にドレイン電極を形成するに際し、ＳｉＣ基板とドレイン電極との接触抵抗を低減させたオーミック電極を形成することが望まれている。

上記オーミック電極を形成する方法として、ＳｉＣ基板で構成される半導体装置において、ｎ型ＳｉＣとｐ型ＳｉＣとの双方に対して低抵抗（電位障壁が小さな）接続となるオーミック電極を得るために、ＳｉＣ基板にＮｉを蒸着した後、熱処理を行うというシリサイドプロセスを行い、ＳｉＣ基板にＮｉシリサイド膜を形成する方法が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。

また、オーミック電極の形成方法として、ＳｉＣ基板に不純物ドープ層を形成し、当該不純物ドープ層上に金属薄膜を形成して当該金属薄膜上面からレーザ光照射を行うことでオーミック電極を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。

具体的には、ＳｉＣ基板の表面側に電極を形成した後、樹脂膜によってＳｉＣ基板の表面側の電極を保護する。続いて、ＳｉＣ基板の裏面の薄膜化を行い、ＳｉＣ基板の裏面に不純物のイオン注入を行う。そして、高温熱処理によって不純物を活性化させた後、ＳｉＣ基板の裏面に電極としての金属薄膜を形成し、当該金属薄膜上へのレーザ光照射を行うことでオーミック電極を形成している。

しかしながら、上記非特許文献１に示される技術では、電極材料にＮｉを用いて、ＮｉとＳｉＣのＳｉの化合物であるＮｉシリサイドを生成するため、８００℃以上のシンターが必要になっている。

また、特許文献１に記載の方法では、オーミック電極の形成においてレーザ光照射を行っているが、ＳｉＣ基板裏面に不純物をドーピングした層を必要としている。この不純物の活性化のためには、不純物ドープ層を形成した後に比較的高温で熱処理を施す必要がある。イオン注入法では、例えば１６００℃〜１７００℃程度の高温でＳｉＣ基板に熱処理を施すこととなる。

したがって、これらの方法では、高温熱処理による不純物の活性化の工程でＳｉＣ基板の表面側に形成した表面電極が熱的ダメージを受けてしまい、デバイスの使用上種々の不具合が発生する可能性があった。

また、縦型パワーデバイスのように表裏方向で電流を流すものにおいて、動作抵抗を低減させるためにＳｉＣ基板を薄膜化させることが好ましい。しかし、高温の熱処理が困難な厚さにＳｉＣ基板を薄膜化した場合、熱処理を施すことができないためにＳｉＣ基板の裏面にオーミック電極を形成することができないという問題もあった。

そこで、高温で熱処理せずに不純物ドープ層を活性化する方法として、ＳｉＣ基板にレーザ光を照射する方法が特許文献２に提案されている。この方法を用いた場合の裏面電極の形成プロセスは以下のようになる。

まず、縦型素子を形成したＳｉＣ基板の表面側に電極を形成する。次に、樹脂膜によってＳｉＣ基板の表面を保護し、ＳｉＣ基板の裏面を薄膜化する。そして、ＳｉＣ基板の裏面へ不純物のイオン注入を行い、ＳｉＣ基板の裏面へレーザ光照射を行う。この後、ＳｉＣ基板の裏面に金属薄膜を形成することで電極を形成する。

また、不純物ドープ層を必要としない方法として、ＳｉＣ基板に金属層を形成してレーザ光を照射する方法が特許文献３に提案されている。この方法を用いた場合の裏面電極の形成プロセスは以下のようになる。

まず、縦型素子を形成したＳｉＣ基板の表面側に電極を形成する。次に、樹脂膜によってＳｉＣ基板の表面を保護し、ＳｉＣ基板の裏面を薄膜化する。そして、ＳｉＣ基板の裏面に金属層を形成し、この金属層に６Ｈ−ＳｉＣの場合は約２．８Ｊ／ｃｍ²、４Ｈ−ＳｉＣの場合は約４．２Ｊ／ｃｍ²のレーザ出力のレーザ光照射を行う。この後、ＳｉＣ基板の裏面に金属薄膜を形成することで電極を形成する。

特開２００４−１５８７０２号公報 特開２００２−２８９５５０号公報 特表２００９−５０９３３９号公報

今井聖支、他１名，「２９ｐ−ＺＭ−１４、Ｎｉサリサイドプロセスを用いたｎ型およびｐ型ＳｉＣ同時コンタクト」，第５１回応用物理関係連合講演会講演予稿集，社団法人応用物理学会、２００４年３月２８日、第１分冊、ｐ．４３７

しかしながら、ＳｉＣでは不純物ドープ層の活性化効率はＳｉに比べて低い。このため、低抵抗のオーミック電極を得るには、１×１０²⁰ｃｍ^-3以上の高濃度の不純物ドープ層をイオン注入によって形成する必要がある。また、一方で不純物濃度が高くなると、イオン注入ダメージによる結晶性の乱れをアニールによって回復することが難しくなるという問題がある。したがって、不純物ドープ層を用いることなくオーミック電極が得られるようにするのが望ましい。また、ＳｉＣ基板の裏面に金属層を形成し、この金属層にレーザ光照射を行う場合は、レーザ光のレーザ出力が２Ｊ／ｃｍ²以上ではＳｉＣ基板の裏面がアブレーションや溶融を起こしてしまうことが本発明者らの実験から明らかになった。

本発明は上記点に鑑みて、イオン注入による高濃度の不純物ドープ層を形成しなくても、低温プロセスでオーミック電極を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、半導体基板（１）を用意する工程と、半導体基板（１）のうち第１の電極（１１）を形成する部分にアモルファス層（１２）を形成するアモルファス層形成工程と、アモルファス層形成工程の後、アモルファス層（１２）の表面に金属薄膜（１１０）を形成する金属薄膜形成工程と、金属薄膜形成工程の後、金属薄膜（１１０）にレーザ光（５０）を照射することにより、金属薄膜（１１０）をアモルファス層（１２）と反応させてシリサイド化させ、金属薄膜（１１０）および該金属薄膜（１１０）がシリサイド化して形成されたシリサイド層（１１１）を含む第１の電極（１１）を形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。

このように裏面にアモルファス層（１２）を形成すると、レーザ光を照射することで、アモルファス層（１２）と金属薄膜（１１０）とが反応して金属薄膜（１１０）がシリサイド化され、低抵抗なシリサイド膜（１１１）を形成することができる。これにより、イオン注入による高濃度の不純物ドープ層を形成しなくても、低温プロセスによって第１の電極（１１）をオーミック電極とすることが可能となる。

例えば、請求項２に記載したように、素子構造が主表面（１ａ）側に形成される半導体基板（１）の裏面（１ｂ）側にアモルファス層（１２）を形成し、裏面側に第１の電極（１１）を形成することができる。

請求項３に記載の発明では、アモルファス層形成の際に、アモルファス層（１２）の膜厚が１０ｎｍ以上かつ８００ｎｍ以下となるようにアモルファス層（１２）を形成することを特徴としている。

アモルファス層（１２）の膜厚が１０ｎｍ未満ではレーザ光を吸収する膜厚が薄くなりシリサイド層（１１１）を形成するのに十分なエネルギーが吸収できなくなる。また、アモルファス層（１２）の膜厚が８００ｎｍを越えると未反応のアモルファス層が抵抗成分になってくる。このため、アモルファス層（１２）の膜厚が１０ｎｍ以上かつ８００ｎｍ以下となるようにすると好ましい。これにより、より良好なオーミック接合を得ることができる。

請求項４に記載の発明では、金属薄膜形成工程の際に、金属薄膜としてＮｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗのいずれか１つもしくは複数を含む金属を形成することを特徴としている。

このように、シリサイド層（１１１）を形成するために用いられる金属として、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗのいずれか１つもしくは複数を含む金属を適用することができる。このような金属薄膜の膜厚を、請求項５に記載したように、例えば１０ｎｍにすることができる。

請求項６に記載の発明では、金属薄膜形成工程の後、金属薄膜に光子エネルギー（ｅＶ）とレーザ出力（ｍＪ／ｃｍ²）の積が、１０００（ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²）以上かつ８０００ （ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²）以下となる範囲の波長とレーザ出力のレーザ光（５０）を照射することで第１の電極（１１）を形成することを特徴としている。

このように裏面にアモルファス層（１２）を形成すると、結晶のランダム性により電子がフォノンを介さずに遷移する確率が増えて光吸収係数が大きくなる。このためレーザ光のレーザ出力が２Ｊ／ｃｍ²以下であっても金属薄膜との反応によりオーミック電極を形成することができる。したがってこのような工程順序で第１の電極（１１）を形成することにより、半導体基板（１）に高温処理を行うことなく、また、アブレーションや溶融を起こすことなく半導体基板（１）に第１の電極（１１）にシリサイド層（１１１）を生成することができる。

請求項７に記載の発明では、電極形成工程では、スキャニングもしくはマスキングにより、半導体基板（１）の裏面上の金属薄膜（１１０）の部分のみにレーザ光（５０）を照射することを特徴としている。このように、金属薄膜（１１０）の部分にのみレーザ光（５０）が照射されるようにすることで、半導体基板（１）の所望箇所のみを高温化することが可能となり、より低温プロセスによって第１の電極（１１）を形成することが可能となる。

さらに、半導体基板（１）を用意する際に、請求項８に記載したように、半導体基板（１）の主表面（１ａ）側に素子構造を形成すると共に、主表面（１ａ）に第２の電極（１０）を形成する工程を含み、該半導体基板（１）に対して素子構造および第２の電極（１０）を形成したのち、電極形成工程を行うことで、半導体装置として、半導体基板（１）の主表面（１ａ）に形成された第２の電極（１０）と裏面（１ｂ）に形成された第１の電極（１１）との間の素子構造に電流を流してなる縦型の半導体素子を形成することができる。

このようにすれば、第１の電極（１１）を低温プロセスで形成することができるので、第１の電極（１１）を形成する前に半導体基板（１）に素子構造等を形成したとしても、当該素子構造等に熱的ダメージを与えないようにすることができる。

この場合、請求項９に記載したように、第２の電極（１０）を形成した後、アモルファス層形成工程や金属薄膜形成工程および電極形成工程の前に半導体基板（１）の主表面（１ａ）側に当該第２の電極（１０）を覆う保護膜（４０）を形成することが好ましい。これにより、半導体基板（１）の主表面（１ａ）側を保護しつつ、第１の電極（１１）の形成を行うことができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態における縦型パワーＭＯＳＦＥＴの断面図である。 図１に示される半導体装置において、ドレイン電極の製造工程を示した図である。 ｎ⁺型基板の裏面にアモルファス層の膜厚を変化させてドレイン電極を形成したものについて抵抗測定した結果を示した図である。 照射するレーザ光の波長を変化させてドレイン電極を形成したものについて抵抗測定した結果をレーザ出力に対して示した図である。 図４に示した抵抗をレーザ光の波長の光子エネルギーとレーザ出力の積に対して示した図である。 オージェ分析の結果を示した図であり、（ａ）はアモルファス層を形成しない場合、（ｂ）は本実施形態に係る方法によってアモルファス層を形成した場合に、それぞれドレイン電極を形成した場合の結果を示した図である。 （ａ）は、図２（ａ）の試料の断面ＴＥＭ写真、（ｂ）は、図２（ｄ）の試料の断面ＴＥＭ写真を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１に、本実施形態に示すＳｉＣ半導体装置の製造方法により製造したプレーナ型ＭＯＳＦＥＴ（縦型パワーＭＯＳＦＥＴ）の断面図を示す。本デバイスは、例えばインバータに適用すると好適なものである。図１に基づいて縦型パワーＭＯＳＦＥＴの構造について説明する。

ｎ⁺型半導体基板（以下、ｎ⁺型基板という）１は、上面を主表面１ａとし、主表面１ａの反対面である下面を裏面１ｂとしており、単結晶ＳｉＣからなるものである。また、ｎ⁺型基板１の厚さは例えば３５０μｍとされている。ｎ⁺型基板１のｎ型不純物濃度は、例えば１×１０¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3とされている。このｎ⁺型基板１の主表面１ａ上には、ｎ⁺型基板１よりも低いドーパント濃度を有するＳｉＣにて構成されたｎ^-型エピタキシャル層（以下、ｎ^-型エピ層という）２が積層されている。

ｎ^-型エピ層２の表層部における所定領域には、所定深さを有するｐ^-型ベース領域３ａおよびｐ^-型ベース領域３ｂ（以下、ｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂという）が離間して形成されている。また、ベース領域３ａ、３ｂにおいて、一部厚さが厚くなったディープベース層３０ａ、３０ｂが形成されている。このディープベース層３０ａ、３０ｂは、ｎ⁺型ソース領域４ａ、４ｂに重ならない部分に形成されており、ｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂのうちディープベース層３０ａ、３０ｂが形成された厚みが厚くなった部分が、ディープベース層３０ａが形成されていない厚みの薄い部分よりも不純物濃度が濃くなっている。

このようなディープベース層３０ａ、３０ｂによって、ディープベース層３０ａ、３０ｂ下のｎ^-型エピ層２における厚さが薄くなり（ｎ⁺型半導体ｎ⁺型基板１とディープベース層３０ａ、３０ｂとの距離が短くなり）電界強度を高くすることができ、アバランシェブレークダウンさせ易くすることができる。

また、ｐ^-型ベース領域３ａの表層部における所定領域には、当該ｐ^-型ベース領域３ａよりも浅いｎ⁺型ソース領域４ａが形成され、ｐ^-型ベース領域３ｂの表層部における所定領域には、当該ｐ^-型ベース領域３ｂよりも浅いｎ⁺型ソース領域４ｂがそれぞれ形成されている。

さらに、ｎ⁺型ソース領域４ａとｎ⁺型ソース領域４ｂとの間におけるｎ^-型エピ層２およびｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂの表面部にはｎ^-型層５ａおよびｎ⁺型層５ｂからなるｎ^-型ＳｉＣ層５が延設されている。つまり、ｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂの表面部においてソース領域４ａ、４ｂとｎ^-型エピ層２とを繋ぐようにｎ^-型ＳｉＣ層５が配置されている。このｎ^-型ＳｉＣ層５は、デバイスの動作時にデバイス表面においてチャネル形成層として機能する。以下、ｎ^-型ＳｉＣ層５を表面チャネル層という。

表面チャネル層５のうちｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂの上部に配置されたｎ^-型層５ａのドーパント濃度は、１×１０¹⁵ｃｍ^-3〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度の低濃度となっており、かつ、ｎ^-型エピ層２およびｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂのドーパント濃度以下となっている。これにより、低オン抵抗化が図られている。

また、ｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂ、ｎ⁺型ソース領域４ａ、４ｂの表面部には凹部６ａ、６ｂが形成されている。

表面チャネル層５の上面およびｎ⁺型ソース領域４ａ、４ｂの上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）７が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜７の上にはゲート電極８が形成されている。ゲート電極８は絶縁膜９にて覆われている。当該絶縁膜９として、シリコン酸化膜が用いられている。その上にはソース電極１０が形成され、ソース電極１０はｎ⁺型ソース領域４ａ、４ｂおよびｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂと接している。また、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂには、ドレイン電極１１が形成されている。このドレイン電極１１は、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂに対してオーミック接合されている。

なお、ｎ^-型エピ層２のうち、ｐ^-型ベース領域３ａ、３ｂに挟まれた部分がいわゆるＪ−ＦＥＴ部を構成する。また、上記ソース電極１０は本発明の第２の電極に相当し、ドレイン電極１１は本発明の第１の電極に相当する。

次に、図１に示す縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法について説明する。ただし、本実施形態にかかる縦型パワーＭＯＳＦＥＴの基本的な製造方法に関しては従来と同様であるため、従来と異なるドレイン電極１１の形成方法についてのみ説明する。

図２は、図１に示した縦型パワーＭＯＳＦＥＴにおけるドレイン電極１１の製造工程を示した図である。なお、図２では、簡略化のため縦型パワーＭＯＳＦＥＴの素子構造については図示を省略してある。

まず、ｎ⁺型基板１の表面側に図１に示されるデバイスを形成したもの、すなわちドレイン電極１１を除くソース電極１０まで形成したものを用意する。

そして、図２（ａ）に示す工程を行う。具体的には、ｎ⁺型基板１を薄膜化し、ｎ⁺型基板１の厚さを例えば３５０μｍとする。そして、当該ｎ⁺型基板１の主表面１ａ側にソース電極１０を覆う保護膜４０を形成する。当該保護膜４０は、ｎ⁺型基板１に形成された表面電極、すなわちソース電極１０等を保護するものであり、例えばポリイミド等の樹脂材料が採用される。この保護膜４０により、ｎ⁺型基板１の表面側を固定して、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂにドレイン電極１１を形成する。

次に、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂにアモルファス層１２を形成する。本実施形態では、形成方法として研削を採用する。例えば、＃６００の研磨盤を用いた平研削にてアモルファス層１２を形成することができる。この研削により、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂの結晶性を崩してアモルファス層を形成する。このとき、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂのアモルファス層の膜厚を１０ｎｍ以上かつ８００ｎｍ以下となるようにしており、上記したような＃６００の研磨盤を用いた平研削によればアモルファス層１２を２００ｎｍ程度の膜厚とすることができる。このように、アモルファス層１２の膜厚を設定している理由については後述する。

続く、図２（ｂ）に示す工程では、図２（ａ）に示す工程でアモルファス層１２が形成されたｎ⁺型基板１の裏面１ｂ上に金属薄膜１１０を形成する（金属薄膜形成工程）。例えば、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂ上にＮｉを蒸着させることにより、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂ上に金属薄膜１１０を形成する。このとき、アモルファス層１２の膜厚に対応できるように、金属薄膜１１０の厚みを設定している。このときの厚みは、アモルファス層１２の膜厚が大きいほど、アモルファス層１２と反応する金属薄膜１１０の量が多くなることから、アモルファス層１２との反応を考慮に入れた上で、アモルファス層１２と反応しても金属薄膜１１０が残るような厚みとしてある。金属薄膜１１０の成膜は、基本的にはＣＶＤ装置やスパッタ装置などを用いて行われるが、成膜可能な膜厚については装置に依存しており、１０ｎｍ以上の膜厚については実現できる。アモルファス層１２の膜厚を上記したような１０ｎｍ以上かつ８００ｎｍ以下となるようにする場合、金属薄膜１１０の膜厚を１０ｎｍ以上にできれば良く、ＣＶＤ装置やスパッタ装置によって、十分にその膜厚を実現することが可能である。

また、図２（ｃ）に示す工程では、金属薄膜１１０にレーザ光照射を行う（電極形成工程）。具体的には、ＬＤ励起固体レーザ（基本波長１０６４ｎｍ）を採用し、ＬＤ励起固体レーザのレーザ光５０をｎ⁺型基板１の裏面１ｂ上で走査して、好ましくはスキャニングもしくはマスキングにより金属薄膜１１０が形成された部分にのみレーザ光５０が照射されるようにする。これにより、金属薄膜１１０を構成する金属（本実施形態ではＮｉ）とｎ⁺型基板１を構成するＳｉとを反応させて、図２（ｄ）に示されるシリサイド層１１１を生成することができる。このとき、ＬＤ励起個体レーザの光子エネルギーとレーザ出力の積が１０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以上かつ８０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以下となるような条件としている。この理由については後述する。

以上のようにして、図１に示す縦型パワーＭＯＳＦＥＴが完成する。そして、このような工程により、シリサイド層１１１を含むドレイン電極１１を形成することができ、不純物ドープ層を用いることなく、かつ低温プロセスによってドレイン電極１１をオーミック電極とすることができる。

ここで、図２（ａ）に示されるアモルファス層１２の形成工程における膜厚や図２（ｃ）に示されるレーザ光照射工程における光子エネルギーとレーザ出力の積を上述した数値としている理由について説明する。

まず、図２（ａ）に示されるアモルファス層１２の形成工程について説明する。本発明者らは、実験的に、研削により形成されるアモルファス層１２の膜厚を０．５ｎｍ、１ｎｍ、８ｎｍ、５０ｎｍ、２００ｎｍの５水準とし、それぞれの水準で金属薄膜１１０を形成して、図２（ｃ）に示すレーザ光照射工程を行った。そして、このようにアモルファス層１２の膜厚を変化させてドレイン電極１１を形成した試料について抵抗測定を行ったところ、図３に示す結果が得られた。

この図に示されるように、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂのアモルファス層１２の膜厚が０．５ｎｍのドレイン電極１１はショットキー接合になった。また、この場合についてオージェ分析を行ったところ、Ｎｉシリサイドは生成されていなかった。

これに対して、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂのアモルファス層１２の膜厚が１ｎｍ以上になると、アモルファス層１２の膜厚が０．５ｎｍの場合よりも抵抗値が下がった。そして、上記と同様にオージェ分析を行ったところ、アモルファス層１２の膜厚が１ｎｍ以上の場合ではＮｉシリサイドが生成されているという結果が得られ、ドレイン電極１１がｎ⁺型基板１に対してオーミック接合されていることがわかった。特に、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂのアモルファス層１２の膜厚が５０ｎｍ、２００ｎｍの場合、１０^-3Ω・ｃｍ^-2〜１０^-4Ω・ｃｍ^-2のオーダーの低抵抗の良好なオーミック電極を得ることができた。

これらの結果に基づき、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂにアモルファス層１２の膜厚を１ｎｍ以上にしておくことにより、良好なオーミック電極を得ることが可能となる。ただし、図３に示される結果からアモルファス層１２の膜厚を１０ｎｍ未満とすると、オーミック接合であったとしても抵抗値が高くなってしまう。また、アモルファス層１２の膜厚は各値について±２０％程度の幅があるため、アモルファス層１２の膜厚を８ｎｍとして測定を行った場合に対し２０％の幅を考慮した１０ｎｍを下限値とするのが好ましい。また、アモルファス層１２の膜厚が８００ｎｍを越えると未反応のアモルファス層１２が抵抗成分になってくる。このため、アモルファス層１２の膜厚は８００ｎｍを上限値とするのが好ましい。

このため、上述したように、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂのアモルファス層１２の膜厚を１０ｎｍ以上かつ８００ｎｍ以下としている。また、図３の結果からもわかるように、アモルファス膜厚を５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下にすると、より良好なオーミック接合を得ることができる。

次に、図２（ｃ）に示されるレーザ光照射工程について説明する。本発明者らは、図２（ｃ）に示されるレーザ照射の工程において、基本波長が１０６４ｎｍであるＬＤ励起個体レーザを用い、波長変換アダプタにて２倍波（５３２ｎｍ）、３倍波（３５５ｎｍ）、４倍波（２６６ｎｍ）を生成し、レーザ光５０の波長を１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍの４水準として、それぞれの水準でドレイン電極１１を形成した。そのとき、レーザ光５１の強度を２００ｍＪ／ｃｍ²〜１０００ｍＪ／ｃｍ²とした。このようにして形成したドレイン電極１１について抵抗測定を行ったところ、図４に示す結果が得られた。

この図に示されるように１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍの各波長のレーザ光ともレーザ出力が大きくなるほど抵抗値が下がることがわかる。ここで、光の光子エネルギーは光の波長が短くなるほど大きくなることが知られている。即ち、１０６４ｎｍの波長（基本波）の光子エネルギーは１．１６ｅＶであるが、５３２ｎｍ（２倍波）、３６６ｎｍ（３倍波）、２６６ｎｍ（４倍波）の各波長の光子エネルギーはそれぞれ２．３３ｅＶ（２倍）、３．５０ｅＶ（３倍）、４．６６ｅＶ（４倍）になる。

本発明者らは、この光子エネルギーに着目し、図４の抵抗値を光子エネルギーとレーザ出力の積に対して再度図示した。図５は、その結果を示した図である。

この図に示されるように各波長の抵抗値とも同じ曲線上に重なっていることが判る。特に、光子エネルギーとレーザ出力の積が１０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以上かつ８０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以下では１０^-3Ω・ｃｍ^-2以下の低抵抗の良好なオーミック電極を得ることができた。ただし、光子エネルギーが大きすぎるとｎ⁺型基板１の裏面１ｂの表面がレーザ照射による熱でアブレーションや溶融を起こしてしまう可能性があるため、光子エネルギーとレーザ出力の積を８０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以下にするのが好ましい。

このため、上述したように、ＬＤ励起固体レーザの光子エネルギーとレーザ出力の積が１０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以上かつ８０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以下となるような条件としている。

さらに、本発明者らは、ドレイン電極１１をアモルファス層１２を形成しない場合と本実施形態に係る方法でアモルファス層１２を形成した場合とでそれぞれ形成し、オージェ分析を行ってそれぞれ比較した。

すなわち、アモルファス層１２を形成しない場合と形成した場合でそれぞれ得られたサンプルについて金属薄膜１１０をキャロス洗浄により除去し、その後、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂについてオージェ分析を行った。その結果を図６に示す。

図６（ａ）はアモルファス層１２を形成しない場合、図６（ｂ）はアモルファス層１２を形成した場合で、それぞれドレイン電極１１を形成した場合のオージェ分析の結果である。図６に示される各グラフの横軸はｎ⁺型基板１の深さ、縦軸は検出強度である。当該検出強度が大きいほど、検出対象となった元素が多く分布している。

図６（ａ）に示されるように、アモルファス層１２を形成しないでドレイン電極１１を形成した場合、ｎ⁺型基板１を構成する炭素（Ｃ）や酸素（Ｏ）の存在を検出することができたが、金属薄膜１１０を構成するＮｉを検出することはできなかった。すなわち、ｎ⁺型基板１内にＮｉが存在せず、Ｎｉシリサイドが形成されていないと言える。

しかし、図６（ｂ）に示されるように、アモルファス層１２を形成してドレイン電極１１を形成した場合、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂに近いほどＮｉが多く検出され、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂから深くなるほど、Ｎｉの検出強度が減少している。すなわち、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂから深さ方向にＮｉシリサイドが形成されていると言える。これは、アモルファス層１２を形成すると、結晶のランダム性により電子がフォノンを介さずに遷移する確率が増えて光吸収係数が大きくなるため、吸収されるレーザ光のエネルギーが大きくなりＮｉシリサイドが形成したものである。

このように、本実施形態に係る方法、すなわちアモルファス層１２を形成して金属薄膜１１０を形成した後にレーザ光の照射を行い、高温処理を行わない方法でドレイン電極１１を形成したとしても、ｎ⁺型基板１にＮｉシリサイドを形成することができる。

なお、本実施形態のようにしてｎ⁺型基板１の裏面電極、すなわちドレイン電極１１を形成した後も、表面側の素子の電気特性に変化はみられなかった。したがって、表面電極を形成したｎ⁺型基板１、特に薄膜化したｎ⁺型基板１の表面側に熱的ダメージを与えることなく、裏面にオーミック電極（ドレイン電極１１）を形成することができる。

このように、本実施形態におけるプロセス、すなわちｎ⁺型基板１の裏面１ｂにアモルファス層１２を形成し、当該裏面１ｂに金属薄膜１１０を設け、その後にレーザ光を照射するという工程順で裏面電極であるドレイン電極１１を形成することによって、ＳｉＣの裏面に対して低抵抗のオーミック電極を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態では、ｎ⁺型基板１の表面側に素子構造や表面電極を形成した後、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂにアモルファス層１２を形成する。そして、アモルファス層１２が形成された裏面１ｂ上に金属薄膜１１０を形成した後、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂ側に光子エネルギーとレーザ出力の積が１０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以上かつ８０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以下となるような条件でレーザ光を照射することでシリサイド層１１１を含むドレイン電極１１を形成するようにしている。

これにより、ｎ⁺型基板１に高温処理を行うことなく、ｎ⁺型基板１にドレイン電極１１にシリサイド層１１１を生成することができる。すなわち、ｎ⁺型基板１の表面側に形成された素子構造に熱的ダメージを与えることなく、ドレイン電極１１をｎ基板１の裏面１ｂにオーミック接合することができる。したがって、不純物ドープ層を用いることなく、かつ低温プロセスによってドレイン電極１１をオーミック電極とすることが可能となる。

さらに、アモルファス層１２を形成する際にアモルファス層１２の膜厚が５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下となるようにしている。このため、より良好なオーミック接合を得ることができる。

参考として、図７（ａ）、（ｂ）に、図２（ａ）と図２（ｄ）の試料の断面ＴＥＭ写真示した。この図に示されるように、図７（ａ）に示すように、レーザアニール前の段階では、山状にアモルファス層１２が形成され、その上に金属薄膜１１０が成膜された状態となっているが、レーザアニールを行うことにより、図７（ｂ）に示すように、金属薄膜１１０がアモルファス層１２と反応してシリサイド化され、シリサイド層１１１が形成されていることが判る。このように、裏面１ｂにアモルファス層１２を形成することで、イオン注入による高濃度の不純物ドープ層を形成しなくても、低温プロセスによって第１の電極１１をオーミック電極とすることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してシリサイド層１１１を形成するために用いるレーザ光を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

上記第１実施形態ではＬＤ励起個体レーザを用いたが、本実施形態ではレーザ光としてＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を採用する。そして、ＫｒＦエキシマレーザのレーザ光の強度を１３００ｍＪ／ｃｍ²としてドレイン電極１１にシリサイド層１１１を生成
した。このレーザ光の光子エネルギーは５．００ｅＶであるので、光子エネルギーとレーザ出力の積は６５００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²になる。このような場合でも１０-3Ω・ｃｍ-2以下の低抵抗の良好なオーミック電極を得ることができた。したがって、ＫｒＦエキシマレーザを用いても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ＫｒＦエキシマレーザを用いる場合であっても、光子エネルギーとレーザ出力の積が１０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以上かつ８０００ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²以下となるような条件でレーザ光を照射することに関しては、第１実施形態と同様であり、これにより上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、パワーＭＯＳＦＥＴを例に挙げて説明したが、これは単なる一例であり、ダイオードやＩＧＢＴなどの他の素子構造を備えたものについても本発明を適用することが可能である。

図２（ａ）に示す工程では、アモルファス層１２を形成する方法として研削を採用しているが、研削の他に、半導体基板の裏面における表層部をイオンプラズマ、スパッタ、イオンクラスタープラズマなどで加工する方法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などのデポジション、イオン注入などの方法を採用することもできる。例えば、アモルファス層１２の形成方法としてイオンプラズマで加工する法を採用し、図２に示される工程によってドレイン電極１１を形成したところ、良好なオーミック接合を得ることができた。具体的には、イオンプラズマによる加工として、ＣＦ₄：１５ｓｃｃｍ、Ｏ₂：３ｓｃｃｍ、パワー：３００Ｗの条件や、ＣＨＦ₃：５０ｓｃｃｍ、Ａｒ：５０ｓｃｃｍ、パワー：１１０Ｗの条件で加工を行った。また、Ａｒスパッタによる加工として、Ａｒ：３０ｓｃｃｍ、パワー：３００Ｗの条件で加工を行った。裏面１ｂのアモルファス層１２の形成については、これら以外の形成方法を採用しても構わない。

図２（ｂ）に示す工程では、金属薄膜１１０を蒸着の方法により形成したが、ＣＶＤ法、塗布・コーティング法、または電気メッキ法などによって金属薄膜１１０を形成することもできる。

図２（ｃ）に示す工程では、レーザ光としてＬＤ励起固体レーザのレーザ光を用いたが、半導体レーザやＹＡＧレーザ、ガスレーザなどのレーザ光を用いてレーザ照射することもできる。

また、金属薄膜１１０の材質として、Ｎｉの他にシリサイドを形成するＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの金属を採用することもできる。例えば、金属薄膜１１０としてＴｉを採用し、図２に示される工程によってドレイン電極１１を形成した後、オージェ分析を行ったところ、Ｔｉシリサイドの生成を確認できた。このように、Ｔｉ等、Ｎｉ以外にもシリサイド層１１１を生成できる金属材料にて金属薄膜１１０を形成しても、ドレイン電極１１の抵抗を低減することができる。

１ ｎ⁺型基板
１ａ 主表面
１ｂ 裏面
１０ ソース電極（第２の電極）
１１ ドレイン電極（第１の電極）
１２ アモルファス層
５０ レーザ光
１１０ 金属薄膜
１１１ シリサイド層

Claims (9)

1. 主表面（１ａ）および当該主表面の反対面である裏面（１ｂ）を有する単結晶炭化珪素からなる半導体基板（１）と、該半導体基板（１）に対してオーミック接触させられる第１の電極（１１）とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体基板（１）を用意する工程と、
   前記半導体基板（１）のうち前記第１の電極（１１）を形成する部分にアモルファス層（１２）を形成するアモルファス層形成工程と、
   前記アモルファス層形成工程の後、前記アモルファス層（１２）の表面に金属薄膜（１１０）を形成する金属薄膜形成工程と、
   前記金属薄膜形成工程の後、前記金属薄膜（１１０）にレーザ光（５０）を照射することにより、前記金属薄膜（１１０）を前記アモルファス層（１２）と反応させてシリサイド化させ、前記金属薄膜（１１０）および該金属薄膜（１１０）がシリサイド化して形成されたシリサイド層（１１１）を含む前記第１の電極（１１）を形成する電極形成工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
2. 前記アモルファス層形成工程は、素子構造が前記主表面（１ａ）側に形成される前記半導体基板（１）の前記裏面（１ｂ）側に前記アモルファス層（１２）を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
3. 前記アモルファス層形成工程では、前記アモルファス層（１２）の膜厚が１０ｎｍ以上かつ８００ｎｍ以下となるように前記アモルファス層（１２）を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
4. 前記金属薄膜形成工程では、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗのいずれか１つもしくは複数を含む金属により前記金属薄膜（１１０）を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. 前記金属薄膜形成工程では、前記金属薄膜（１１０）の膜厚を１０ｎｍ以上とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
6. 前記電極形成工程では、前記レーザ光（５０）における光子エネルギー（ｅＶ）とレーザ出力（ｍＪ／ｃｍ²）の積が、１０００（ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²）以上かつ８０００ （ｅＶ・ｍＪ／ｃｍ²）以下となる範囲の波長とレーザ出力とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
7. 前記電極形成工程では、スキャニングもしくはマスキングにより、前記半導体基板（１）の裏面上の金属薄膜（１１０）の部分のみに前記レーザ光（５０）を照射することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
8. 前記半導体基板（１）を用意する工程では、前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）側に素子構造を形成すると共に、前記主表面（１ａ）に第２の電極（１０）を形成する工程を含み、
   該半導体基板（１）に対して前記素子構造および前記第２の電極（１０）を形成したのち、前記電極形成工程を行うことで、前記半導体装置として、前記半導体基板（１）の前記主表面（１ａ）に形成された前記第２の電極（１０）と前記裏面（１ｂ）に形成された前記第１の電極（１１）との間の前記素子構造に電流を流してなる縦型の半導体素子を形成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
9. 前記半導体基板（１）を用意する工程では、前記第２の電極（１０）を形成した後、かつ、前記アモルファス層形成工程や前記金属薄膜形成工程および前記電極形成工程の前に、前記半導体基板（１）の主表面（１ａ）側に当該第２の電極（１０）を覆う保護膜（４０）を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。