特許 5946124 半導体デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5946124

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】半導体デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/28 20060101AFI20160621BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20160621BHJP

   H01L 29/47 20060101ALI20160621BHJP

   H01L 29/872 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/28 B

   H01L29/48 P

   H01L21/28 301B

   H01L21/28 301R

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-52231(P2012-52231)

(22)【出願日】2012年3月8日

(65)【公開番号】特開2013-187420(P2013-187420A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2015年2月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】503092180

【氏名又は名称】学校法人関西学院

(73)【特許権者】

【識別番号】000144393

【氏名又は名称】株式会社三社電機製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】000222842

【氏名又は名称】東洋炭素株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】金子 忠昭

(72)【発明者】

【氏名】大谷 昇

(72)【発明者】

【氏名】牛尾 昌史

(72)【発明者】

【氏名】西村 良和

(72)【発明者】

【氏名】平岡 寛規

(72)【発明者】

【氏名】松田 一宏

(72)【発明者】

【氏名】野上 暁

(72)【発明者】

【氏名】近藤 美華

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０９６９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０３５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８１３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６６９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１０１０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２０８８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２８−２１／２８８

２１／４４−２１／４４５

２９／４０−２９／４９

２９／８７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣを含んで構成される基板の一側の面にオーミック電極が形成された半導体デバイスの製造方法において、
前記基板の一側の面にカーボン層を形成するカーボン層形成工程と、
前記カーボン層上に金属タンタル層を形成する金属タンタル層形成工程と、
前記基板を加熱することで前記カーボン層と前記金属タンタル層とを反応させて、タンタルカーバイドの傾斜組成層を形成させて、カーボン層とタンタルカーバイドの傾斜組成層と金属タンタル層との多層構造を形成することでオーミック電極を形成するタンタルカーバイド形成工程と、
前記基板の他側の面に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と、
を含み、
前記ショットキー電極形成工程には、注入したイオンを活性化するイオン活性化工程が含まれ、
前記イオン活性化工程と、前記タンタルカーバイド形成工程と、を同一条件で同時に行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法であって、
前記基板に対して準安定溶媒エピタキシー法（ＭＳＥ法）を行うことにより４Ｈ−ＳｉＣ単結晶又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶を形成するエピタキシャル層形成工程を、前記カーボン層形成工程の前に行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半導体デバイスの製造方法であって、
前記イオン活性化工程と、前記タンタルカーバイド形成工程と、を同時に行う処理では、
炭化タンタル層が内部空間側に形成された坩堝の当該内部空間に前記基板を収納し、当該内部空間を外部圧力よりも高いシリコン圧力に保った状態で前記基板が加熱されることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主要には、オーミック電極が形成された半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ＳｉＣ基板（炭化ケイ素基板）を用いて半導体装置（ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）等）を製造する際に、ＳｉＣ基板の一側の面にオーミック電極を形成することがある。特許文献１は、この種の技術を開示する。特許文献１は、鉄を主成分とするＦｅ系電極層を含んだオーミック電極を開示する。より詳細には、特許文献１は、Ｎｉ層や、Ｆｅ及びＮｉを含む合金層をＳｉＣ基板に接触させる構成のオーミック電極を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１７６１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、物質の線膨張率と融点とを示した図１１を参照すると、ＳｉＣの線膨張率と、Ｆｅ及びＮｉの線膨張率と、が大幅に異なっていることが分かる。そのため、Ｆｅ層やＮｉ層をＳｉＣ基板に接触させた状態で加熱等を行う場合、Ｆｅ層やＮｉ層がＳｉＣ基板から剥離してしまう可能性がある。

【0005】

また、ＳｉＣ基板を用いて半導体装置を製造する場合、イオン活性化のための加熱処理が必要となる。この加熱処理の温度は、約１８００℃以上で行う必要がある。しかし、図１１に示すように、Ｆｅ及びＮｉの融点はこの加熱温度より低い。従って、Ｆｅ層やＮｉ層をＳｉＣ基板に接触させた状態では、イオン活性化のための加熱処理を行うことができない。

【0006】

また、Ｎｉをオーミック電極として用いる場合、低いコンタクト抵抗を得るために、ＳｉＣ基板にオーミック電極を形成した後ショットキー電極を形成する製造方法が採用されることがある。この製造方法を採用する場合、オーミック電極面の界面層以外の余剰なＮｉやカーボン層を薬品洗浄で除去する必要があるため、ショットキー電極を形成するＳｉＣ表面の清浄度が著しく落ちることが懸念される。従って、ＳＢＤを作り込んだ完成ウエハの良品率が下がるため、高い清浄度を保つには複雑な薬品洗浄工程が必要になる。

【0007】

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳｉＣ基板への密着性が高く、イオン活性化のための加熱処理を適切に行うことができるオーミック電極を提供することにある。また、本発明の更なる目的として、ショットキー電極を形成する半導体表面を洗浄する薬品（アンモニア過水、塩酸過水、王水、希ＨＦ等）に対する耐性を備えたオーミック電極を形成することで、高い良品率を保ちながら、製造工程を簡素化するとともに、十分に低いコンタクト抵抗を有する半導体装置のオーミック電極を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0009】

本発明の観点によれば、ＳｉＣを含んで構成される基板の一側の面にオーミック電極が形成された半導体デバイスの製造方法において、以下の工程を含む方法が提供される。この製造方法は、カーボン層形成工程と、金属タンタル層形成工程と、タンタルカーバイド形成工程と、ショットキー電極形成工程と、を含む。前記カーボン層形成工程では、前記基板の一側の面にカーボン層を形成する。前記金属タンタル層形成工程では、前記カーボン層上に金属タンタル層を形成する。前記タンタルカーバイド形成工程では、前記基板を加熱することで前記カーボン層と前記金属タンタル層とを反応させて、タンタルカーバイドの傾斜組成層を形成させて、カーボン層とタンタルカーバイドの傾斜組成層と金属タンタル層との多層構造を形成することでオーミック電極を形成する。前記ショットキー電極形成工程では、前記基板の他側の面にショットキー電極を形成する。前記ショットキー電極形成工程には、注入したイオンを活性化するイオン活性化工程が含まれる。前記イオン活性化工程と、前記タンタルカーバイド形成工程と、を同一条件で同時に行う。

【0010】

これにより、炭素、タンタルカーバイド、及びタンタルは、ＳｉＣと熱膨張係数が近似するため、密着性の高いオーミック電極を実現できる。また、前記オーミック電極を構成する材料は融点が１８００℃以上であるので、イオン活性化のための加熱処理（１８００℃以上）に耐えることができ、良好なガードリング層を有する半導体装置を製造することができる。また、前記イオン活性化工程と、前記タンタルカーバイド形成工程と、を同一条件で同時に行うことで、ＳｉＣ基板の一側と他側とを同時に処理することができるので、半導体装置の製造工程を簡略化できる。

【0011】

前記の半導体デバイスの製造方法においては、前記基板に対して準安定溶媒エピタキシー法（ＭＳＥ法）を行うことにより４Ｈ−ＳｉＣ単結晶又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶を形成するエピタキシャル層形成工程を、前記カーボン層形成工程の前に行うことが好ましい。

【0012】

前記の半導体デバイスの製造方法においては、炭化タンタル層が内部空間側に形成された坩堝の当該内部空間に前記基板を収納し、当該内部空間を外部圧力よりも高いシリコン圧力に保った状態で前記基板が加熱されることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】加熱処理に用いられる高温真空炉を示す模式図。

【図2】高温真空炉の本加熱室及び予備加熱室を詳細に示す断面構造図。

【図3】炭素ゲッター効果を有する坩堝の外観写真及び断面写真。

【図4】炭素ゲッター効果を説明する模式図。

【図5】基板表面の＜１１−２０＞方向及び＜１−１００＞方向を概念的に示した模式図。

【図6】基板の一側にショットキー電極を形成しつつ基板の他側にオーミック電極を形成する工程の前半部を示す説明図。

【図7】基板の一側にショットキー電極を形成しつつ基板の他側にオーミック電極を形成する工程の後半部を示す説明図。

【図8】基板表面のＳｉ原子が昇華してＣ原子同士が再配置されてグラフェン層が形成されたときの原子配列を示す模式平面図。

【図9】カーボン層、傾斜組成を有するタンタルカーバイド層、金属タンタル層の断面を示す顕微鏡写真。

【図10】タンタルカーバイドのフェーズダイアグラム。

【図11】様々な素材の線膨張係数と融点とを示した表。

【発明を実施するための形態】

【0029】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

【0030】

初めに、ＳＢＤの製造に用いる高温真空炉１１と坩堝（収容容器）２について、図１から図４までを参照して説明する。図１は、ＳＢＤを製造するための加熱処理に用いられる高温真空炉を示す模式図である。図２は、高温真空炉の本加熱室及び予備加熱室を詳細に示す断面図である。図３（ａ）は坩堝２を上方から撮影した外観写真であり、図３（ｂ）は坩堝２の断面顕微鏡写真である。図４は、炭素ゲッター効果を説明する模式図である。

【0031】

図１及び図２に示すように、高温真空炉１１は、被処理物を１０００℃以上２３００℃以下の温度に加熱することが可能な本加熱室２１と、被処理物を５００℃以上の温度に予備加熱可能な予備加熱室２２と、を備えている。予備加熱室２２は本加熱室２１の下方に配置され、本加熱室２１に対して上下方向に隣接している。また、高温真空炉１１は、予備加熱室２２の下方に配置された断熱室２３を備えている。この断熱室２３は予備加熱室２２に対して上下方向に隣接している。

【0032】

高温真空炉１１は真空チャンバ１９を備え、前記本加熱室２１と予備加熱室２２は、この真空チャンバ１９の内部に備えられている。真空チャンバ１９には真空形成装置としてのターボ分子ポンプ３４が接続されており、例えば１０^-2Ｐａ以下、望ましくは１０^-7Ｐａ以下の真空を真空チャンバ１９内に得ることができるようになっている。ターボ分子ポンプ３４と真空チャンバ１９との間には、ゲートバルブ２５が介設される。また、ターボ分子ポンプ３４には、補助のためのロータリポンプ２６が接続される。

【0033】

高温真空炉１１は、予備加熱室２２と本加熱室２１との間で被処理物を上下方向に移動させることが可能な移動機構２７を備えている。この移動機構２７は、被処理物を支持可能な支持体２８と、この支持体２８を上下動させることが可能なシリンダ部２９と、を備えている。シリンダ部２９はシリンダロッド３０を備え、このシリンダロッド３０の一端が前記支持体２８に連結されている。また、高温真空炉１１には、真空度を測定するための真空計３１、及び、質量分析法を行うための質量分析装置３２が設けられている。

【0034】

前記真空チャンバ１９は、被処理物を保管しておくための図略のストック室と、搬送路６５を通じて接続されている。この搬送路６５は、ゲートバルブ６６によって開閉可能になっている。

【0035】

前記本加熱室２１は、平面断面視で正六角形に形成されるとともに、真空チャンバ１９の内部空間の上部に配置される。図２に示すように、本加熱室２１の内部には、加熱ヒータとしてのメッシュヒータ３３が備えられている。また、本加熱室２１の側壁や天井には第１多層熱反射金属板４１が固定され、この第１多層熱反射金属板４１によって、メッシュヒータ３３の熱を本加熱室２１の中央部に向けて反射させるように構成されている。

【0036】

これにより、本加熱室２１内において、加熱処理対象としての被処理物を取り囲むようにメッシュヒータ３３が配置され、更にその外側に多層熱反射金属板４１が配置されるレイアウトが実現されている。従って、被処理物を強力且つ均等に加熱し、１０００℃以上２３００℃以下の温度まで昇温させることができる。

【0037】

本加熱室２１の天井側は第１多層熱反射金属板４１によって閉鎖される一方、底面の第１多層熱反射金属板４１には貫通孔５５が形成されている。被処理物は、この貫通孔５５を介して、本加熱室２１と、この本加熱室２１の下側に隣接する予備加熱室２２との間で移動できるようになっている。

【0038】

前記貫通孔５５には、移動機構２７の支持体２８の一部が挿入されている。この支持体２８は、上から順に、第２多層熱反射金属板４２、第３多層熱反射金属板４３、及び第４多層熱反射金属板４４を互いに間隔をあけて配置した構成となっている。

【0039】

３つの多層熱反射金属板４２〜４４は、何れも水平に配置されるとともに、垂直方向に設けた柱部３５によって互いに連結されている。そして、第２多層熱反射金属板４２及び第３多層熱反射金属板４３とで挟まれたスペースに受け台３６が配置され、この受け台３６上に被処理物を載置できるように構成されている。本実施形態において、この受け台３６はタンタルカーバイドにより構成されている。

【0040】

前記シリンダ部２９のシリンダロッド３０の端部にはフランジが形成されて、このフランジが第４多層熱反射金属板４４の下面に固定される。この構成により、前記シリンダ部２９を伸縮させることで、受け台３６上の被処理物を前記３つの多層熱反射金属板４２〜４４とともに上下動させることができる。

【0041】

前記予備加熱室２２は、本加熱室２１の下側の空間を、多層熱反射金属板４６で囲うことにより構成されている。この予備加熱室２２は、平面断面視で円状となるように構成されている。なお、予備加熱室２２内には、前記メッシュヒータ３３のような加熱手段は備えられていない。

【0042】

図２に示すように、予備加熱室２２の底面部においては、前記多層熱反射金属板４６に貫通孔５６が形成されている。また、予備加熱室２２の側壁をなす多層熱反射金属板４６において、前記搬送路６５と対面する部位に通路孔５０が形成されている。更に、前記高温真空炉１１は、前記通路孔５０を閉鎖可能な開閉部材５１を備えている。

【0043】

予備加熱室２２の下側で隣接する前記断熱室２３は、上側が前記多層熱反射金属板４６によって区画され、下側及び側部が多層熱反射金属板４７によって区画されている。断熱室２３の下側を覆う多層熱反射金属板４７には貫通孔５７が形成されて、前記シリンダロッド３０を挿通できるようになっている。

【0044】

前記貫通孔５７の上端部に相当する位置において、多層熱反射金属板４７には収納凹部５８が形成される。この収納凹部５８には、前記支持体２８が備える第４多層熱反射金属板４４を収納可能になっている。

【0045】

多層熱反射金属板４１〜４４，４６，４７は何れも、金属板（タングステン製）を所定の間隔をあけて積層した構造になっている。前記開閉部材５１においても、通路孔５０を閉鎖する部分には、同様の構成の多層熱反射金属板が用いられている。

【0046】

多層熱反射金属板４１〜４４，４６，４７の材質としては、メッシュヒータ３３の熱輻射に対して十分な加熱特性を有し、また、融点が雰囲気温度より高い物質であれば、任意のものを用いることができる。例えば、前記タングステンのほか、タンタル、ニオブ、モリブデン等の高融点金属材料を多層熱反射金属板４１〜４４，４６，４７として用いることができる。また、タングステンカーバイド、ジリコニウムカーバイド、タンタルカーバイド、ハフニウムカーバイド、モリブデンカーバイド等の炭化物を、多層熱反射金属板４１〜４４，４６，４７として用いることもできる。また、その反射面に、金やタングステンカーバイド等からなる赤外線反射膜を更に形成しても良い。

【0047】

そして、支持体２８に備えられる多層熱反射金属板４２〜４４は、小さな貫通孔を多数有するパンチメタル構造のタングステン板を、当該貫通孔の位置を異ならせつつ所定の間隔をあけて積層した構造になっている。

【0048】

また、支持体２８の最も上層に備えられる第２多層熱反射金属板４２の積層枚数は、本加熱室２１の第１多層熱反射金属板４１の積層枚数よりも少なくなっている。

【0049】

この構成で、真空チャンバ１９内の汚染を防止するために適宜の容器に被処理物（例えばＳｉＣ基板）を収納する。なお、容器は後述の坩堝２であっても良いし、それ以外の容器であっても良い。そして、この状態で被処理物を搬送路６５から真空チャンバ１９の内部へ導入し、予備加熱室２２内にある前記受け台３６上に載置する。この状態で前記メッシュヒータ３３を駆動すると、本加熱室２１が１０００℃以上２３００℃以下の所定の温度（例えば約１９００℃）に加熱される。またこのとき、前記ターボ分子ポンプ３４の駆動によって、真空チャンバ１９内の圧力は１０^-3Ｐａ以下、好ましくは１０^-5Ｐａ以下となるように調整されている。

【0050】

ここで前述したとおり、支持体２８の第２多層熱反射金属板４２の積層枚数は、前記第１多層熱反射金属板４１の積層枚数よりも少なくなっている。従って、メッシュヒータ３３が発生する熱の一部が第２多層熱反射金属板４２を介して予備加熱室２２に適度に供給（分配）され、予備加熱室２２内の被処理物を５００℃以上の所定の温度（例えば８００℃）となるように予備加熱することができる。即ち、予備加熱室２２にヒータを設置しなくても予備加熱を実現でき、予備加熱室２２の簡素な構造が実現できている。

【0051】

上記の予備加熱処理を所定時間行った後、シリンダ部２９を駆動し、支持体２８を上昇させる。この結果、被処理物が下側から貫通孔５５を通過して本加熱室２１内に移動する。これにより、直ちに本加熱処理が開始され、本加熱室２１内の被処理物を所定の温度（約１９００℃）に急速に昇温させることができる。

【0052】

次に、坩堝（収容容器）２について説明する。図３（ａ）に示すように、坩堝２は互いに嵌合可能な上容器２ａと下容器２ｂとを備える嵌合容器である。また、この坩堝２は、高温処理を行う場合に後述の炭素ゲッター効果を発揮するように構成されており、具体的には、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えている。この坩堝２に、シリコン供給源としての図略のシリコンペレットを収容する。これにより、坩堝２に炭素ゲッター機能を良好に発揮させて、その内部空間を高純度のシリコン雰囲気に保つことができる。

【0053】

更に詳細に説明すると、坩堝２は図３（ｂ）に示すように、その最表層の部分にＴａＣ層を形成し、このＴａＣ層の内側にＴａ₂Ｃ層を形成し、更にその内側に基材としてのタンタル金属を配置した構成となっている。なお、タンタルと炭素の結合状態は温度依存性を示すため、前記坩堝２は、炭素濃度が高いＴａＣを最も表層の部分に配置するとともに、炭素濃度が若干低いＴａ₂Ｃが内側に配置される。そして、Ｔａ₂Ｃの更に内側には、炭素濃度がゼロである基材のタンタル金属を配置した構成となっている。

【0054】

坩堝２を加熱処理する際には、図２の鎖線で示すように高温真空炉１１の予備加熱室２２に配置し、適宜の温度（例えば約８００℃）で予備加熱する。次に、予め設定温度（例えば、約１９００℃）まで昇温させておいた本加熱室２１へ、予備加熱室２２内の坩堝２をシリンダ部２９の駆動によって移動させ、急速に昇温させる。

【0055】

なお、本加熱室２１での加熱時において、坩堝２内の雰囲気は約１Ｐａ以下に維持されることが好ましい。また、上容器２ａと下容器２ｂとを嵌め合わせたときの嵌合部分の遊びは、約３ｍｍ以下であることが好ましい。これによって、実質的な密閉状態が実現され、前記本加熱室２１での加熱処理において坩堝２内のシリコン圧力を高めて外部圧力（本加熱室２１内の圧力）よりも高い圧力とし、不純物がこの嵌合部分を通じて坩堝２内に侵入するのを防止することができる。

【0056】

この昇温により、坩堝２の内部空間がシリコンの蒸気圧に保たれる。また、前記坩堝２は上述したように、その表面が炭化タンタル層に覆われており、当該炭化タンタル層（ＴａＣ層）が坩堝２の内部空間に露出する構成になっている。従って、上述のように真空中で高温処理を続ける限りにおいて、坩堝２は図４に示すように、炭化タンタル層の表面から連続的に炭素原子を吸着して取り込む機能を奏する。この意味で、本実施形態の坩堝２は炭素原子吸着イオンポンプ機能（イオンゲッター機能）を有するということができる。これにより、加熱処理時に坩堝２内の雰囲気に含まれているシリコン蒸気及び炭化ケイ素蒸気のうち、炭素だけが坩堝２に選択的に吸蔵されるので、坩堝２内を高純度のシリコン雰囲気に保つことができる。

【0057】

本実施形態においては、以上のように構成される高温真空炉１１と坩堝２を用いて、基板７０からＳＢＤを製造する。基板７０は、単結晶ＳｉＣ（４Ｈ−ＳＩＣ及び６Ｈ−ＳＩＣ等）から構成されるとともに、真円度の高い円柱状に構成されている。以下の説明において、単に加熱処理といった場合は上述した高温真空炉１１を用いて行うものとする。

【0058】

本実施形態では、基板７０の（０００１）Ｓｉ面にショットキー電極を形成するとともに、基板７０の（０００−１）Ｃ面にオーミック電極を形成する。この基板７０の面は、＜１１−２０＞方向のオフ角が４度以下の低オフ角になっており、＜１−１００＞方向のオフ角が４度以下の低オフ角になっている（図５を参照）。なお、これらのオフ角は、例えば８度以下とすることもできる。また、以下で示す製造工程は、一例であり、一部の処理を省略したり、他の処理を追加したり、処理の順序を変更したり等、適宜変更することができる。

【0059】

以下、基板７０のＳｉ面にショットキー電極を形成する工程について図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、基板の一側にショットキー電極を形成しつつ基板の他側にオーミック電極を形成する工程を示す説明図である。

【0060】

初めに、図６（ａ）に示すように、単結晶ＳｉＣで構成される基板７０を用意する。そして、この基板７０のＳｉ面に、エピタキシャル層７１を形成する（図６（ｂ）を参照）。エピタキシャル層７１を形成する方法としては、準安定溶媒エピタキシー法（ＭＳＥ法）を用いることができる。ＭＳＥ法を説明すると、まず、単結晶ＳｉＣからなるシード基板７０と、このシード基板７０より自由エネルギーの高い炭素供給フィード基板、例えば多結晶ＳｉＣ基板と、を対向配置し、前記シード基板７０と前記炭素供給フィード基板との間にＳｉ融液層を溶媒（炭素移動媒体）として介在させる。そして、Ｓｉ蒸気圧下で、シード基板７０及び炭素供給フィード基板を加熱処理することにより、前記シード基板７０の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。

【0061】

次に、基板７０のＣ面に、カーボン層７５を形成する（カーボン層形成工程、図６（ｃ）を参照）。具体的には、基板７０を真空状態（１０^-4Ｐａ以下の減圧下）の環境に置き、１０００℃以上２３００℃以下の温度で所定時間加熱する。この加熱によって、基板７０の表面のＳｉが昇華し、残ったＣによってカーボン層７５が形成される。

【0062】

また、加熱温度を２３００℃以下とした理由は、加熱温度が高いほどＳｉ原子の昇華が加速して、カーボン層７５が形成され易くなるものの、２３００℃を超えると、加熱炉や坩堝２の材料設備の消耗と寿命の問題が発生するからである。

【0063】

カーボン層を形成する方法としては、上記の方法に限られない。例えば、化学的気相成長法、有機レジスト法、又は電子サイクロトロン共鳴スパッタ法を用いることでカーボン層を形成することができる。

【0064】

次に、上述のようにして形成されたカーボン層７５上に金属タンタル層７６を形成する（金属タンタル層形成工程、図６（ｄ）を参照）。金属タンタル層７６を形成する方法としては、ＣＶＤ法によって金属タンタルを蒸着させる方法の他、電子蒸着法やスパッタリング等を用いることができる。

【0065】

なお、エピタキシャル層７１を形成するタイミングは、適宜変更することができる。例えば、カーボン層７５を形成した後であっても良いし、金属タンタル層７６を形成した後であっても良い。

【0066】

次に、エピタキシャル層７１が形成された基板７０にＡｌ等のイオン注入を行う（図７（ｅ）を参照）。このイオン注入は、対象物にイオンを照射する機能を有するイオンドーピング装置を用いて行う。イオンドーピング時に、ＳｉＣ表面に堆積されたイオンの注入を阻止する層、例えばＳｉ酸化膜などの開口部を利用することで、エピタキシャル層７１の表面の一部に選択的にイオンが注入される。

【0067】

次に、イオンが注入された基板に加熱処理を行う。この加熱処理により、注入されたイオンの活性化及びタンタルカーバイド７７の形成の両方を同時に行うことができる（図７（ｆ）を参照）。なお、この加熱処理は、１６００℃以上２３００℃以下で行う。

【0068】

イオンの活性化を行うことにより、イオン注入部分７２をガードリング層７３として機能させることができる。また、カーボン層７５及び金属タンタル層７６を加熱することにより、カーボン層７５と金属タンタル層７６とを反応させ、後述の傾斜組成を有するタンタルカーバイド７７が形成される。これにより、カーボン層７５とタンタルカーバイド７７の傾斜組成層と金属タンタル層７６との多層構造により構成されるオーミック電極７８を形成することができる。なお、この工程の加熱処理を行う環境は例えばＳｉ蒸気圧下で行うことができる。また、Ｓｉ蒸気圧下に代えて、例えば不活性ガス雰囲気下であって、圧力が大気圧以下の環境で行うことができる。このように、Ｓｉ面への処理とＣ面への処理とを同時に行うことにより、製造工程の簡素化（即ち短時間化）が実現できる。

【0069】

次に、ガードリング層７３が形成された基板７０にショットキー電極７４を形成する（図７（ｇ）を参照、ショットキー電極形成工程）。ショットキー電極の素材としては、例えば、ニッケル、チタン、金及びモリブデン等を採用することができる。また、ショットキー電極を形成する方法としては、例えば電子線蒸着法、スパッタ蒸着法を採用することができる。

【0070】

以上のようにして、半導体装置（半導体デバイス）としてのＳＢＤを製造することができる。

【0071】

次に、上記の製造方法で得られる半導体装置について説明する。初めに、図８を参照して、本実施形態のＳｉＣ基板７０とカーボン層７５との半導体装置の密着性について説明する。図８に示すように、カーボン層（グラフェン）７５は、ＳｉＣ結晶格子の上にグラフェン結晶格子が重なるように形成される。ここで、面内におけるＳｉＣ結晶格子とグラフェン結晶格子の整合関係は、それぞれの格子定数の積によって算出することができる。即ち、ＳｉＣ格子定数（３．０７３Å）×（６√３）＝（３１．９３５Å）、グラフェン格子定数（２．４５６Å）×（１３）＝（３１．９２８Å）となる。ＳｉＣ結晶格子の（６√３）周期の距離（３１．９３５Å）と、グラフェン結晶格子の（１３）周期の距離（３１．９２８Å）と、が非常に近い値になっており、この結果から、ＳｉＣ単結晶の表面にグラフェン層を安定して形成できることが判る。

【0072】

次に、タンタルカーバイド７７について詳細に説明する。上記で行った加熱処理では、カーボン層７５及び金属タンタル層７６は、その全てが反応する訳ではない。従って、オーミック電極７８は、炭素、タンタルカーバイド、及びタンタルを含んだ構成となっている。

【0073】

具体的には、図９に示すように、タンタルカーバイドには、ＴａＣ，Ｔａ₄Ｃ₃，Ｔａ₂Ｃ等が含まれている。本実施形態のオーミック電極７８では、上記の複数のタンタルカーバイドが傾斜組成となっている。なお、本発明のオーミック電極７８は、カーボン層及び金属タンタル層の未反応部分が残っているとともに、タンタルと炭素との化合物を有していれば良く、複数種類のタンタルカーバイドが確認できる必要はないものとする。

【0074】

次に、線膨張率及び融点の観点から見た本実施形態の半導体装置の利点について図１０及び図１１を参照して説明する。上述のように、従来のオーミック電極を構成する材料（Ｆｅ及びＮｉ等）は、線膨張率がＳｉＣと大幅に異なる。この点、本実施形態のオーミック電極７８を構成する炭素、タンタル、タンタルカーバイドの線膨張率はそれぞれ約６であり、ＳｉＣの線膨張率である６．６と非常に近い。従って、加熱時等において剥離が生じる可能性を低減することができる。

【0075】

また、従来のオーミック電極を構成する材料の融点は１８００℃（ＳｉＣのイオン活性化時の加熱温度）以下であった。この点、本実施形態のオーミック電極７８を構成する炭素、タンタル、タンタルカーバイドの融点は全て１８００℃以上であり、図１０に示すように化学的安定性が非常に高い。従って、本実施形態のオーミック電極７８は、イオン活性化時の加熱処理に容易に耐えることができる。

【0076】

以上のようにして形成されるオーミック電極７８は、薬品に対する耐性が高いため、ショットキー電極を形成するＳｉＣ表面を十分に洗浄でき、薬品洗浄処理が簡素になる。従って、ＳＢＤの高い良品率を保ちながら、コンタクト抵抗が十分に低いＳＢＤを製造することができる。また、オーミック電極７８は融点が非常に高いため、オーミック電極７８は、１８００℃を越える高温での活性化アニール工程と同時に形成することが可能になる。

【0077】

以上に本発明の実施形態を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。

【0078】

オーミック電極７８を形成する面は、（０００−１）Ｃ面に限られず、例えば（０００１）Ｓｉ面に形成しても良い。

【0079】

カーボン層７５及び金属タンタル層７６を形成する方法は上記で示した例に限られず、適宜の方法を用いることができる。また、タンタルカーバイド７７を形成する方法についても上記で示した例に限られず、適宜の方法を用いることができる。なお、カーボン層形成工程によって、例えばグラファイト層が形成される構成であっても良い。

【0080】

上記実施形態ではイオン注入工程においてＡｌを注入していたが、Ａｌに代えてＢを注入しても良い。また、ｎ型領域を形成する場合は窒素やＰ（リン）を注入しても良い。

【符号の説明】

【0082】

７０ 基板
７１ エピタキシャル層
７２ イオン注入部分
７３ ガードリング層
７４ ショットキー電極
７５ カーボン層
７６ 金属タンタル層
７７ タンタルカーバイド
７８ オーミック電極

【図1】

【図2】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図10】

【図11】

【図3】

【図9】