2022-76737 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022076737

(43)【公開日】2022-05-20

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/28 20060101AFI20220513BHJP

   H01L 21/268 20060101ALI20220513BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20220513BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20220513BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20220513BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20220513BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20220513BHJP

【ＦＩ】

H01L21/28 B

H01L21/28 301S

H01L21/28 301B

H01L21/268 F

H01L29/78 652T

H01L29/78 652C

H01L29/06 301M

H01L29/06 301V

H01L29/78 658F

B23K26/00 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020187280

(22)【出願日】2020-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】熊澤 輝顕

【テーマコード（参考）】

4E168

4M104

【Ｆターム（参考）】

4E168AC01

4E168DA02

4E168DA04

4E168DA06

4E168DA32

4E168DA40

4E168JA13

4M104AA03

4M104BB05

4M104BB14

4M104BB16

4M104BB21

4M104BB25

4M104BB26

4M104BB34

4M104BB38

4M104CC01

4M104DD22

4M104DD53

4M104DD81

4M104DD84

4M104FF13

4M104GG09

4M104GG18

4M104HH15

4M104HH20

(57)【要約】

【課題】レーザアニールにより低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度の確保を両立できる半導体装置の製造方法を実現する。
【解決手段】表面に金属薄膜１１０を備える炭化珪素基板１にエネルギー密度の異なるレーザ光５０を２回以上照射し、オーミック電極を形成する。炭化珪素基板１上の金属薄膜１１０に、炭化珪素を溶融させないエネルギー密度のレーザ光５０を照射し、合金層１１３を形成する。続く２回目のレーザ光５０は、合金層１１３、すなわち金属薄膜１１０のうち既にレーザ光５０を照射した領域内に照射され、そのエネルギー密度が１回目のレーザ光５０よりも高い。これにより、炭化珪素に過度なエネルギーを与えることなく、炭化珪素とオーミック接合された電極を形成でき、低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度を両立できる。
【選択図】図２Ｅ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主表面（１ａ）および裏面（１ｂ）を有する炭化珪素半導体基板（１）と、前記炭化珪素半導体基板の前記主表面の側と前記裏面の側の少なくとも一方において、炭化珪素の一面とオーミック接合させられたオーミック電極（１１）とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記オーミック接合させられる前記炭化珪素半導体基板の上に、少なくともシリサイドを構成する金属材料を含む金属薄膜（１１０）を形成することと、
前記金属薄膜に対してエネルギー密度が異なるレーザ光（５０）を複数回照射し、前記金属薄膜と前記炭化珪素中のＳｉと反応させて、金属シリサイドを生成することと、を含み、
前記レーザ光を複数回照射することにおいては、２回目以降の前記レーザ光の照射については、前記金属薄膜のうち少なくとも前記レーザ光を照射した範囲内に、既に照射した前記レーザ光よりもエネルギー密度の高い前記レーザ光を照射する、半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記金属薄膜を形成することにおいては、前記炭化珪素の側からＭｏ、Ｎｉが積層された構成とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記レーザ光を複数回照射することにおいては、前記レーザ光のエネルギー密度を前記炭化珪素を溶融させない所定以下の値とする、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記レーザ光を複数回照射することにおいては、
前記金属薄膜に対して第１のレーザ光（５０）を照射し、前記金属薄膜と前記炭化珪素中のＳｉまたはＣと反応させて、前記金属シリサイドを生成する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記金属薄膜のうち前記第１のレーザ光が照射された領域内に前記第１のレーザ光よりも高いエネルギー密度の第２のレーザ光を照射し、前記金属シリサイドの組成を変える第２工程と、を含む、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化珪素（以下「ＳｉＣ」という）等の半導体材料によりなる半導体素子におけるオーミック電極の低コンタクト抵抗化と抗折強度の確保との両立を実現する半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ基板等の半導体基板を用いて縦型パワーデバイス等の半導体素子を形成する場合、デバイスを電気回路等と接続するための電極、特に基板裏面側のドレイン電極を形成するに際し、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。

【0003】

ＳｉＣにおけるオーミックコンタクトには、ＳｉＣと金属との合金層、例えば金属シリサイドや金属カーバイドの形成が必要であり、その形成には高温処理を要する。例えば、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）を形成する場合には、９００℃以上の温度でＳｉＣ基板を加熱する。

【0004】

ＳｉＣ半導体装置の場合、表面側にデバイス構造を形成した後に裏面電極を形成するが、デバイス構造を形成したウエハ全体を高温炉等で高温処理すると、表面側のデバイス構造、特性に影響を及んでしまう。そのため、裏面電極へのレーザ光照射による局所加熱（以下「レーザアニール」という）を行い、表面側のデバイス領域を高温にすることなく、裏面電極において合金層を形成する方法が提案されている。

【0005】

レーザアニールでは、裏面電極のオーミック電極の低コンタクト抵抗化および表面側のデバイスへの熱影響低減ができる一方で、ＳｉＣ基板の一部が消失してＳｉＣ基板に凹凸が形成され、その凹凸に応力が集中することで抗折強度が低下してしまう。

【0006】

オーミック電極の低コンタクト抵抗化と素子の抗折強度の確保との両立のため、電極内において低コンタクト抵抗用の領域と抗折強度の確保用の領域とに分け、領域ごとに照射するレーザ光のエネルギー密度を変更する方法が提案されている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２０－２７８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

さて、近年、この種の半導体装置では、半導体素子や装置の小型化が進められており、半導体素子には、使用時の冷熱サイクルで生じる応力に耐えられるように抗折強度の向上が求められている。

【0009】

しかしながら、半導体素子がさらに小型化されると、電極内において領域分けをし、領域ごとにエネルギー密度の異なるレーザ光を照射することが困難となり、上記の方法を採用することができない。また、電極のうち照射されるレーザ光のエネルギー密度が高い領域では低コンタクト抵抗化されるが、抗折強度が低下し、当該エネルギー密度が低い領域では抗折強度を確保できるものの、コンタクト抵抗の低減が不十分となってしまう。そのため、レーザ光照射による電極の合金層形成において、電極内において低コンタクト抵抗化および抗折強度を両立する領域を形成することができていなかった。

【0010】

本発明は、上記の点に鑑み、レーザアニールにおいて半導体素子の電極内での領域分けをすることなく、電極の低コンタクト抵抗化と半導体素子の抗折強度の確保とを両立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。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、主表面（１ａ）および裏面（１ｂ）を有する炭化珪素半導体基板（１）と、炭化珪素半導体基板の主表面の側と裏面の側の少なくとも一方において、炭化珪素の一面とオーミック接合させられたオーミック電極（１１）とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、オーミック接合させられる炭化珪素の上に、少なくともシリサイドを構成する金属材料を含む金属薄膜（１１０）を形成することと、金属薄膜に対してエネルギー密度が異なるレーザ光（５０、５１）を複数回照射し、金属薄膜と炭化珪素中のＳｉと反応させて、金属シリサイドを生成することと、を含み、レーザ光を複数回照射することにおいては、２回目以降のレーザ光の照射については、金属薄膜のうち少なくともレーザ光を照射した範囲内に、既に照射したレーザ光よりもエネルギー密度の高いレーザ光を照射する。

【0012】

これにより、段階的にエネルギー密度を上げつつ、複数回のレーザ光をＳｉＣ基板上の金属薄膜に照射することでＳｉＣ基板に必要以上の熱が加わることを抑制しつつも、金属薄膜中に金属シリサイドを形成することができる。そのため、ＳｉＣ基板のうちレーザ光を照射した領域におけるＳｉＣの消失およびこれによる抗折強度の低下を抑制しつつも、オーミック電極を形成することができ、低コンタクト抵抗化および抗折強度の確保を両立できる半導体装置の製造方法となる。

【0013】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の一例を示す断面図である。

【図2A】図１に示すＳｉＣ半導体装置におけるドレイン電極の形成工程を示す断面図である。

【図2B】図２Ａに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。

【図2C】図２Ｂに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。

【図2D】図２Ｃに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。

【図2E】図２Ｄに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。

【図2F】図２Ｅに続くドレイン電極の形成工程を示す断面図である。

【図3A】比較例のレーザアニールによるオーミック電極の形成工程を示す断面図である。

【図3B】図３Ａに続くオーミック電極の形成工程を示す断面図である。

【図4】表面粗さと抗折強度との関係を示す図である。

【図5】比較例および実施例におけるオーミック電極のコンタクト抵抗を示す図である。

【図6】比較例および実施例におけるオーミック電極の表面抵抗並びに抗折強度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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、同一符号を付して説明を行う。

【0016】

（実施形態）
実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する前に、半導体装置の一例としてＳｉＣ半導体装置について、図１を参照して説明する。

【0017】

本明細書では、例えばインバータに適用すると好適であるプレーナ型の縦型パワーＭＯＳＦＥＴを備えるＳｉＣ半導体装置を代表例として説明するが、このＳｉＣ半導体装置に限定されるものではない。

【0018】

〔半導体装置〕
例えば、縦型パワーＭＯＳＦＥＴは、図１に示すように、炭化珪素半導体基板として、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１を用いて形成されている。ｎ^＋型ＳｉＣ基板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。例えば、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１としては、不純物濃度が１×１０^１８ｃｍ^－３以上のものを用いられうる。

【0019】

ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の主表面１ａ上には、ｎ^＋型ＳｉＣ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。

【0020】

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、３ｂが互いに離れて形成されている。このｐ^－型ベース領域３ａ、３ｂは、一部厚さが厚くなったディープベース層３０ａ、３０ｂを備える。ディープベース層３０ａ、３０ｂは、後述するｎ^＋型ソース領域４ａ、４ｂとは重ならない部分に形成されている。ｐ^－型ベース領域３ａ、３ｂのうちディープベース層３０ａ、３０ｂが形成された厚みの厚くなった部分は、ディープベース層３０ａ、３０ｂ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を形成することによって、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１とディープベース層３０ａ、３０ｂとの間の電界強度を高くすることができ、この位置でアバランシェ・ブレークダウンをさせ易くすることができる。

【0021】

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が形成されている。また、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が形成されている。

【0022】

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が形成されており、凹部６ａ、６ｂの底部ではｐ型不純物濃度が濃いディープベース層３０ａ、３０ｂが露出している。

【0023】

さらに、ｎ^－型エピ層２とｎ^＋型ソース領域４ａおよびｎ^＋型ソース領域４ｂとの間におけるｐ^－型ベース領域３ａ、３ｂの表面部をチャネル領域として、少なくともこのチャネル領域上には、シリコン酸化膜などで構成されるゲート絶縁膜７が形成されている。ゲート絶縁膜７は、チャネル領域を含めてｎ^－型エピ層２およびｎ^＋型ソース領域４ａ、４ｂの上面に形成されている。また、ゲート絶縁膜７の上にはゲート電極８が形成されており、ゲート電極８はシリコン酸化膜などで構成される絶縁膜９により覆われている。

【0024】

そして、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の主表面１ａ側において、絶縁膜９の上を覆うようにソース電極１０が形成され、ｎ^＋型ソース領域４ａ、４ｂおよびｐ^－型ベース領域３ａ、３ｂに接続されている。

【0025】

また、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ側において、ドレイン電極１１が形成されている。ドレイン電極１１は、オーミック電極であり、レーザレーザアニールによりｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂに対して少なくとも金属シリサイドを含む合金層が形成されている。これにより、ドレイン電極１１は、合金層を介してｎ^＋型ＳｉＣ基板１とオーミック接合されている。このため、ドレイン電極１１には、ＳｉＣと反応することで少なくとも金属シリサイドを構成する材料を含んだ構成となっている。さらに、ドレイン電極１１の表面は、接合用電極１２によって覆われており、この接合用電極１２を介して図示しない金属板もしくは回路基板との電気的接続が行える構成になっている。

【0026】

例えば、ドレイン電極１１を構成する金属としては、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等を用いることができる。Ｎｉ、Ｍｏ、ＴｉはＳｉと反応してシリサイドを形成するものであり、Ｍｏ、ＴｉについてはＣと結合してカーバイドを形成することもできる。ドレイン電極１１は、シリサイドを形成する金属のほか、例えば、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等のＣと結合してカーバイドを形成する金属を含んでいてもよい。ドレイン電極１１を構成する金属は一種類の材料である必要は無く、ここで挙げた材料の複数を組み合わせた材料であってもよいし、材料の複数を積層した構成であってもよく、例えばＭｏ／Ｎｉなどとされる。また、ドレイン電極１１を構成する材料に不純物が含まれていても良い。

【0027】

例えば、ドレイン電極１１は、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１側からＭｏ、Ｎｉを積層した構成の金属薄膜に２回以上のレーザアニールを施すことで、金属シリサイドおよび金属カーバイドを有するオーミック電極となっている。なお、２回以上のレーザアニールによるドレイン電極１１の形成については、後述のＳｉＣ半導体装置の製造方法にて説明する。

【0028】

接合用電極１２を構成する金属としては、はんだ付け等の接合に適した材料であれば良く、例えばＴｉ／Ｎｉ／Ａｕなどを用いることができる。

【0029】

以上が、ＳｉＣ半導体装置の基本的な構成である。このＳｉＣ半導体装置のように表面側にデバイス領域を、裏面側に電極をそれぞれ備える構成では、デバイス領域への熱影響を低減しつつ、裏面電極と半導体基板とをオーミック接合にするために、レーザアニールが行われる。

【0030】

〔製造方法〕
次に、図１の縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法について説明するが、この縦型パワー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図２Ａ～図２Ｆを参照して主に説明する。

【0031】

まず、図２Ａに示すように、例えば３５０μｍの厚みで構成されたｎ^＋型ＳｉＣ基板１を用意する。ｎ^＋型ＳｉＣ基板１は、例えばｎ型不純物をドープしたＳｉＣインゴットをスライスしたのち研磨することによって製造される。そして、図示しないが、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の表面側に半導体素子の構成要素の少なくとも一部を形成するデバイス形成工程を行う。すなわち、ｎ^－型エピ層２をエピタキシャル成長させたのち、図示しないマスクを用いたイオン注入により、ｐ^－型ベース領域３ａ、３ｂやディープベース層３０ａ、３０ｂの形成工程、ｎ^＋型ソース領域４ａ、４ｂの形成工程を行う。さらに、ゲート絶縁膜７の形成工程、ゲート電極８の形成工程、絶縁膜９の形成工程およびソース電極１０の形成工程等を行うことで、裏面１ｂとは反対側にデバイス構造として縦型パワーＭＯＳＦＥＴの各構成要素を形成する。

【0032】

その後、図示しないが、研削研磨によってｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ側の一部を除去し、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１を薄膜化する薄化工程を行う。例えば、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ側を表に向け、その反対側の一面をガラス基板に貼り付けた後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishingの略）などを行うことでｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ側の一部を除去する。このとき、薄化工程後の裏面１ｂの表面粗さＲａが例えば５ｎｍ以下となるようにする。そして、図２Ｂ～図２Ｄに示す工程を経て、薄膜化後のｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ上にドレイン電極１１を形成する工程を行う。

【0033】

具体的には、図２Ｂに示す工程として、薄膜化後のｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂに対して、金属薄膜１１０を形成する。例えば、金属薄膜１１０は、Ｍｏによりなる第１層１１１とＮｉによりなる第２層１１２との積層膜で構成されている。金属薄膜１１０は、例えば、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂを表面処理して活性化させた後、無電解めっきを行うことにより形成される。金属薄膜１１０の厚みについては、例えば５０～２５０ｎｍとしている。

【0034】

なお、裏面１ｂ上の金属薄膜１１０をＭｏによりなる第１層１１１とＮｉによりなる第２層１１２の積層構成とする場合には、ＮｉとＭｏとのモル比が例えば１～２：１のように、ＮｉがＭｏ以上のモル比となるようにすると良い。また、金属薄膜１１０は、Ｍｏ層とＮｉ層との積層構造に限らず、ＮｉとＭｏの混合金属とされていても良い。

【0035】

次に、図２Ｃに示す工程として、金属薄膜１１０にレーザ光５０を照射することによりレーザアニールを行う。例えば、ＬＤ励起固体レーザなどの固体レーザを用いて、スキャニングしながらＸ－Ｙ平面上において金属薄膜１１０が形成されたｎ^＋型ＳｉＣ基板１を走査し、レーザ光５０をｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ側に照射する。

【0036】

より詳しくは、固体レーザの照射口にトップハットビーム成形素子および集光レンズを配置して、トップハット型のレーザが金属薄膜１１０に照射されるようにしている。例えば基本波長が１０６４ｎｍの固体レーザを用い、波長変換アダプタにて３倍波となる３５５ｎｍもしくは４倍波となる２６６ｎｍの波長に変換したものをレーザ光５０として用いている。これらの波長とすることで、レーザ光５０がＳｉＣを透過しないようにできる。そして、後述するエネルギー密度の調整をしつつ、例えば、スポット径が７５μｍ、スポット照射時のオーバーラップ率、つまりレーザ光５０を走査したときに連続するスポットの径に対する重複長さの割合が５０～７０％となるようにする。このとき、ＸＹ方向それぞれの走査方向でオーバーラップ率が同じであってもよいし、Ｘ方向では５０％、Ｙ方向では５０％～７０％という具合に異なっていてもよい。

【0037】

金属薄膜１１０へのレーザ光５０の照射は、少なくとも２回以上の複数回行うと共に、２回目以降のレーザ光照射については、既にレーザ光５０を照射した領域内において、かつレーザ光５０のエネルギー密度が段階的に高くなるように調整して行う。例えば、ＳｉＣウエハの所定の領域について、１回目のレーザ光５０の照射をエネルギー密度２．０Ｊ／ｃｍ^２で行ったとする。この場合、例えば、２回目のレーザ光５０の照射についてはエネルギー密度２．２Ｊ／ｃｍ^２としつつ、１回目のレーザ光５０を照射した範囲内にて行う。もし３回目のレーザ光５０の照射を行う場合には、そのエネルギー密度を例えば２．２Ｊ／ｃｍ^２よりも大きい値に設定し、２回目のレーザ光５０の照射範囲内で行う。

【0038】

なお、レーザ光５０の複数回の照射については、例えば、レーザ光５０のエネルギー密度は、いずれもＳｉＣが溶融しない所定以下の値とされる。これは、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１においてＳｉＣが溶融してその一部が消失し、半導体素子の抗折強度が低下することを抑制するためである。以下、ＳｉＣを溶融させない所定以下の値のレーザ光５０のエネルギー密度を便宜的に「低エネルギー密度」と称することがある。

【0039】

また、レーザ光５０のエネルギー密度等の照射条件は、金属薄膜１１０を次に説明する合金層１１３に変化させるために必要な熱量が得られるように設定される。例えば、金属薄膜１１０がＭｏ／Ｎｉの場合、ＮｉＳｉが形成される温度（例えば６００℃）以上、かつＳｉＣが溶融しない温度（例えば９７０℃）以下となるように、レーザ光５０の照射条件（例えばエネルギー密度）を調整すればよい。

【0040】

さらに、レーザ光５０の照射間隔については、金属薄膜１１０のうちレーザ光５０の照射箇所においてシリサイド反応が終了する程度の間隔を確保できていればよく、例えば限定するものではないが、１秒以上とされる。

【0041】

金属薄膜１１０に１回目のレーザ光５０を照射したとき、金属薄膜１１０のうちレーザ光５０が照射された領域は、例えば図２Ｄに示すように、金属シリサイドおよび金属カーバイドを有してなる合金層１１３が生成される。合金層１１３は、第１層１１１がＭｏ、第２層１１２がＮｉの場合には、主に、Ｎｉ_ｘＳｉ_ｙ（ｘ＞０、ｙ＞０）およびＭｏＣにより構成される。このとき、合金層１１３は、様々な組成のＮｉ_ｘＳｉ_ｙが混在した状態となっており、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１とのコンタクト抵抗がまだ十分に小さくなっていない。

【0042】

続いて、例えば、１回目に照射するレーザ光５０を第１のレーザ光とし、２回目に照射するレーザ光５０を第２のレーザ光として、第１のレーザ光よりもエネルギー密度が高い第２のレーザ光を図２Ｅに示すように金属薄膜１１０のうち合金層１１３に照射する。言い換えると、金属薄膜１１０のうち既にレーザ光５０が照射された領域内、すなわち合金層１１３に２回目以降のレーザ光５０を照射する。これにより、合金層１１３に更なるエネルギーが加えられ、合金層１１３における金属シリサイドＮｉ_ｘＳｉ_ｙの組成が変化し、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１とのコンタクト抵抗が小さいＮｉ_２Ｓｉの割合が増加する。その結果、例えば図２Ｆに示すように、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１とのコンタクト抵抗が小さいドレイン電極１１（オーミック電極）が形成される。

【0043】

なお、図２Ｃ～図２Ｆでは、分かり易くするため、金属薄膜１１０のうち一部の領域にレーザ光５０を照射する例を示しているが、これに限定されるものではなく、金属薄膜１１０の全域にレーザ光５０を照射してオーミック電極を形成してもよい。

【0044】

このように、レーザアニールのような局所的なアニールとすることで、レーザ照射されていない領域の高温化を抑制できる低温プロセスによってドレイン電極１１をオーミック接合させることが可能となる。このため、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の主表面１ａ側に形成されたデバイスへの影響を抑制することが可能となる。また、照射するレーザ光５０のエネルギー密度がＳｉＣを溶融させない所定以下の値に設定されているため、ＳｉＣの一部消失およびこれに伴う半導体素子の抗折強度の低下が抑制される。そのため、低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度を両立することが可能となる。

【0045】

そして、この後は図示しないが、例えば、バリアメタルとなるＴｉ、はんだ付け時の共晶材料Ｎｉ、酸化保護剤となるＡｕなどを順に積層することで接合用電極１２を形成することができる。そして、ドレイン電極１１側にダイシングテープを貼り付けてガラス基板から剥離したのち、ダイシングを行ってチップ単位に分割することで、ＳｉＣ半導体装置が完成する。

【0046】

以上が、縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法である。上記のように、本実施形態では、低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度を両立しつつ、オーミック電極を形成するため、レーザ光５０の照射を少なくとも２回以上、エネルギー密度を段階的に上げつつ行う。

【0047】

〔複数回のレーザ光照射による効果〕
次に、実施形態のレーザアニールによる効果について参照して説明する。

【0048】

まず、比較例として、ＳｉＣを溶融させるエネルギー密度（以下、便宜的に「高エネルギー密度」という）のレーザ光５０を１回照射する方式のレーザアニールによるオーミック電極の形成について、図３Ａ、図３Ｂを参照して説明する。

【0049】

図３Ａ、図３Ｂは、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１上の金属薄膜２１０のうちレーザ光５０の１点のスポット照射部分を拡大して示した図である。

【0050】

ＳｉＣ半導体装置におけるオーミック電極形成においては、比較例のレーザアニールは、例えば図３Ａに示すように、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１上に形成された金属薄膜２１０にレーザ光５０がスポット照射され、レーザ光５０を走査することにより行われる。金属薄膜２１０は、金属薄膜１１０と同様に、金属シリサイドや金属カーバイドを形成し得る金属材料によりなり、単層あるいは積層での構成とされる。

【0051】

比較例のレーザアニールでは、レーザ光５０を走査する際に連続するスポットの径に対する重複部分を除き、基本的に、同じ領域に２回以上のレーザ光５０が照射されることはない。比較例のレーザアニールによれば、金属薄膜２１０のうちレーザ光５０が照射された箇所が金属シリサイドを含む合金層に変化し、例えば図３Ｂに示すように、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１とオーミック接合するオーミック電極２１を形成することができる。

【0052】

しかし、このとき、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の一部が溶融し、溶融した部分にオーミック電極２１が形成される。言い換えると、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の一部が消失し、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１のうち金属薄膜２１０との界面に凹凸が形成され、表面粗さが増大してしまう。本発明者らの検討結果によれば、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の表面粗さが増大すると、基板の抗折強度が低下する傾向にあることが判明している。

【0053】

具体的には、ＳｉＣ基板に金属シリサイドを形成する金属薄膜を形成し、当該金属薄膜にレーザ光５０の照射条件を変えてレーザアニールをした複数のサンプルを用意し、各サンプルについてオーミック電極の表面粗さおよび当該サンプルの抗折強度の評価を行った。その結果、例えば図４に示すように、サンプルの表面粗さＲａ（単位：ｎｍ）が大きくなるほど、ＳｉＣ基板の抗折強度（単位：ＭＰａ）が低下する傾向が得られた。これは、レーザアニールにより生じたＳｉＣの表面凹凸が大きくなるにつれて、表面凹凸への応力集中が大きくなることが原因と考えられる。なお、図４の破線は、各データに基づいて最小二乗法等の方法により得られた近似曲線である。

【0054】

つまり、比較例のレーザアニールでは、高エネルギー密度のレーザ光照射により、ＳｉＣ基板とのコンタクト抵抗が小さいオーミック電極を形成することができる一方で、ＳｉＣ基板の抗折強度が低下してしまい、これらの両立をすることが困難であった。しかし、単にレーザ光５０のエネルギー密度を小さくしただけではＳｉＣの溶融を抑え、素子の抗折強度を維持できるものの、シリサイド反応が不十分となり、低コンタクト抵抗を実現できない。

【0055】

この課題を解決するため、金属薄膜内においてエネルギー密度が低いレーザ光を照射する第１領域と、第１領域と異なる領域、かつ第１領域よりも高いエネルギー密度のレーザ光を照射する第２領域とに領域分けをすることが提案されている（例えば特許文献１）。

【0056】

しかし、近年、半導体装置や半導体素子の更なる小型化が進められており、上記のような低コンタクト抵抗化のための領域と素子の抗折強度確保のための領域とに分けることが困難となる。そのため、オーミック電極において、低コンタクト抵抗化と素子の抗折強度確保とを両立する領域を形成することが求められる。

【0057】

本発明者らによる鋭意検討の結果、エネルギー密度の異なるレーザ光照射を２回以上に分けて段階的に行うことにより、低コンタクト抵抗化と素子の抗折強度確保とを両立可能な半導体装置の製造方法を考案するに至った。

【0058】

実施例に係るレーザアニールは、図２Ｃ～図２Ｆに示すように、ＳｉＣを溶融させない低エネルギー密度のレーザ光５０の照射を２回以上行い、２回目以降のレーザ光５０の照射についてはそのエネルギー密度を既に照射したレーザ光５０よりも高くする。また、２回目以降のレーザ光５０の照射については、低エネルギー密度かつ既に照射したレーザ光５０よりも高いエネルギー密度で行い、既にレーザ光５０を照射した領域内で行う。この方法によれば、例えば図２Ｆに示すように、金属薄膜１１０下のｎ^＋型ＳｉＣ基板１におけるＳｉＣの溶融を抑えつつ、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１とオーミック接合されたドレイン電極１１を形成することができる。

【0059】

次に、比較例および実施例のレーザアニールにより得られたサンプル（以下、単に「比較例のサンプル」、「実施例のサンプル」という）におけるコンタクト抵抗、表面粗さおよび抗折強度について、図５、図６を参照して説明する。

【0060】

図５では、縦軸のコンタクト抵抗については対数目盛の表示となっており、縦軸の上限値と下限値との差が１桁となっている。図６では、プロットが左の縦軸である表面粗さを示し、棒グラフが右の縦軸である抗折強度を示している。また、図５、図６の横軸における「比較例」は比較例のサンプルを、「実施例」は実施例のサンプルを、それぞれ示すものである。

【0061】

なお、比較例のサンプルおよび実施例のサンプルは、ＳｉＣ基板上の金属薄膜にレーザ光５０を照射して形成されたオーミック電極を備えるサンプルであり、レーザ光５０のエネルギー密度および照射回数を除き、他の条件については同一である。

【0062】

まず、コンタクト抵抗（単位：Ω）については、例えば図５に示すように、実施例のサンプルは、比較例のサンプルと同じ桁の抵抗値であった。これは、低エネルギー密度のレーザ光５０によるレーザアニールであっても、２回同じ領域にレーザ光５０の照射を繰り返すことで、高エネルギー密度のレーザ光５０によるレーザアニールと同程度の低コンタクト抵抗化の効果が得られることを示している。

【0063】

表面粗さについては、例えば図６に示すように、実施例のサンプルは、比較例のサンプルよりも小さくなっていた。これは、低エネルギー密度のレーザ光５０としたことで、レーザアニール時のＳｉＣの溶融が抑制され、ＳｉＣ基板とオーミック電極との界面における凹凸が低減したことで、オーミック電極表面の表面粗さが低減されたことを示唆している。以下、説明の便宜上、ＳｉＣ基板とオーミック電極との界面における凹凸を「界面凹凸」と称する。

【0064】

抗折強度については、例えば図６に示すように、実施例のサンプルは、比較例のサンプルよりも２倍近く大きくなっていた。これは、レーザアニール時のＳｉＣの溶融が抑制され、界面凹凸が低減した結果、ＳｉＣ基板における応力集中が緩和され、抗折強度が向上したことを示すと考えられる。

【0065】

なお、素子強度を確保できる抗折強度は、１０００ＭＰａ以上であり、製造される製品のすべてにおいて抗折強度が１０００ＭＰａ以上になるようにするのが望ましい。比較例のサンプルは抗折強度が１０００ＭＰａ未満となりうるのに対し、実施例のサンプルは、いずれも抗折強度が１０００ＭＰａ以上であった。

【0066】

上記したように、レーザ光５０を低エネルギー密度とし、少なくとも２段階のレーザアニールを行うことにより、オーミック電極の同じ部位においてコンタクト抵抗を下げつつ、抗折強度を確保することが可能となる。つまり、ＳｉＣの溶融を抑えた上で、合金層を形成する第１工程と、第１工程で形成した金属シリサイドの組成を変化させ、コンタクト抵抗を下げる第２工程とを含むレーザアニールによりオーミック電極を形成する。これにより、電極の同じ領域において低コンタクト抵抗化しつつも、半導体素子の抗折強度を確保することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。

【0067】

本実施形態によれば、高エネルギー密度のレーザ光５０の照射やレーザ光照射の領域分けをする必要がなくなり、低コンタクト抵抗化および素子の抗折強度の確保を両立できる半導体装置の製造方法となる。また、ｎ^＋型ＳｉＣ基板１の裏面１ｂ上の金属薄膜１１０の全域にレーザ光５０を照射することができるため、半導体素子が小型化された場合であっても適用可能となる。

【0068】

（他の実施形態）
本発明は、実施例に準拠して記述されたが、本発明は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。

【0069】

例えば、上記実施形態では、ＳｉＣ半導体装置を代表例として説明したが、ＳｉＣ半導体装置以外の半導体装置についても、複数回のレーザアニールによりオーミック電極を形成することが可能であり、ＳｉＣ半導体装置に限定されない。また、レーザアニールによるオーミック電極の一例としてドレイン電極１１を挙げたが、これに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0070】

１ 炭化珪素半導体基板
１ａ 主表面
１ｂ 裏面
１１ オーミック電極
１１０ 金属薄膜
５０ レーザ光

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】