碳化硅半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳化硅半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]碳化硅半导体装置是具有碳化硅层(SiC层)的半导体装置，具有高耐压，低损失，低漏(Leak)电流，能够高温工作，能够高速工作等优秀特性。因此，碳化硅半导体装置在开关(Switching)元件及整流元件等功率(Power)元件中的应用备受期待。在功率元件中有功率MOSFET、IGBT,肖特基二极管(Schottky D1de)、pn结二极管、晶体闸流管(Thyristor)等，它们都具有与SiC层相接触的欧姆(Ohmic)电极层，在多数情况下，在SiC层与欧姆电极层之间有数安培的电流流过。
[0003]以往，作为碳化硅半导体装置的制造方法，我们已知如专利文献一中记载的方法(以往的碳化硅半导体装置的制造方法)。图14是用于说明以往的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图。图14(a)?图14(e)为各工序图。以往的碳化硅半导体装置的制造方法如图14所示，包括:Ni层形成工序，在SiC层910上形成Ni层920 (图14(a));高温退火工序，以950°C以上的温度使SiC层910与Ni层920进行反应形成由反应层922及硅化物(Silicide)层924构成的合金层926 (图14(b)及图14(c));蚀刻(Etching)工序，去除硅化物层924使得反应层922的表面露出(图14(d));以及电极层形成工序，在反应层922的表面上形成欧姆电极层930及其他的电极层932 (图14(e))。
[0004]根据以往的碳化硅半导体装置的制造方法，SiC层910的碳成份不会扩散至欧姆电极层，因此能够改善欧姆电极层和其他的电极层932的密着性。因此，能够制造出一种可靠性高的碳化娃半导体装置，在确保对于SiC层和电极层的良好接触(Contact)的同时，电极剥离的可能性被降低。
[0005]然而，在以往的碳化硅半导体装置的制造方法中，由于必须实施所述高温退火工序，因此导致有时在高温退火工序中产生的“副产物的碳”和“剥离完的电极材料”成为之后工序的污染源而污染生产线的问题。
[0006]另外，在以往的碳化硅半导体装置的制造方法中，由于必须实施所述高温退火工序，因此导致在晶元(Wafer)工序中会产生种种限制的问题。例如，在将以往的碳化硅半导体装置的制造方法应用到肖特基势皇二极管(Schottky Barrier D1de)的制造方法中时，在形成阻挡金属(Barrier Metal)层之后一旦形成欧姆电极层，在实施高温退火工序的过程中阻挡金属层的整流功能便消失了，因此导致必须在形成阻挡金属层之前先形成欧姆电极层的问题。
[0007]先行技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献一日本特开2006-24880号公报
[0010]专利文献二日本特表2002-525849号公报
【发明内容】
[0011]本发明是为了解决以上问题而产生的，目的在于提供一种不实施引起以上问题的高温退火工序，便能够在SiC层的表面形成欧姆电极层的碳化硅半导体装置的制造方法。
[0012][I]本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，依次包括:第一工序，在含有包含氮及氧的分子的气体环境下，以1150°C以上的温度将SiC基板的一个表面进行热氧化从而形成热氧化膜的同时，在该过程中向所述SiC基板的一个表面导入高浓度的氮；第二工序，通过蚀刻将所述热氧化膜从所述SiC基板的一个表面上去除后，通过将所述SiC基板的一个表面暴露在自由基中，在被导入到所述SiC基板的一个表面的高浓度的氮中将被导入到SiC的晶格中的氮保留的同时，在向所述SiC基板的一个表面导入高浓度的氮的过程中将在所述SiC基板的一个表面上形成的S1-N结合体及C-N结合体去除，从而在所述SiC基板的一个表面上形成高浓度η型SiC层；以及第三工序，在所述SiC基板的一个表面上形成欧姆电极层。
[0013][2]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，较为理想的是在所述热氧化膜和所述SiC基板的边界面的氮浓度变为5Χ 119CnT3以上的条件下实施所述第一工序。
[0014][3]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，在所述热氧化膜的最大氮浓度变为I X 102°cm_ 3以上的条件下实施所述第一工序。
[0015][4]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，在所述第一工序中，较为理想的是从所述热氧化膜的底面向所述SiC基板导入氮到5?20nm的深度位置。
[0016][5]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，较为理想的是在用氮化硅膜将所述SiC基板的另一表面覆盖的状态下实施所述第一工序。
[0017][6]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，在所述第二工序中，较为理想的是通过使用缓冲氢氟酸(Buffered Hydrofluoric Acid)的湿法蚀刻(Wet Etching)从所述SiC基板的一个表面上将所述热氧化膜去除。
[0018][7]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，在所述第二工序中，较为理想的是使用远程等离子法向所述SiC基板的一个表面供给自由基并将所述S1-N结合体及所述C-N结合体去除。
[0019][8]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，在所述第二工序中，使用CF4、C2F6、SiF4, F2以及/或者O 2作为所述自由基源。
[0020][9]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，在所述第三工序中，较为理想的是在所述SiC基板的一个表面上形成欧姆电极层后，通过在400°C?550°C的范围内的温度下的实行退火，使所述SiC基板与所述欧姆电极层的接合部分的电阻降低。
[0021][10]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，所述碳化硅半导体装置为肖特基势皇二极管。
[0022][11]在本发明的碳化硅半导体装置的制造方法中，所述碳化硅半导体装置为pn结二极管。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，在第一工序中向SiC基板的一个表面导入高浓度的氮的同时，通过在第二工序中将SiC基板的一个表面暴露在自由基中，在被导入到SiC基板的一个表面的高浓度的氮中将被导入到SiC的晶格中的氮保留的同时，在向SiC基板的一个表面导入高浓度的氮的过程中将在SiC基板的一个表面上形成的S1-N结合体及C-N结合体(使电阻增大的结合体)去除，从而在SiC基板的一个表面上形成高浓度η型SiC层(参照后述图9。从表面上将约30nm的热氧化膜去除后保留8X 1019CM_3的氮。)，因此在这之后的第三工序中在SiC基板的一个表面上形成欧姆电极层时，即便只实施温度较低的退火工序或者将此退火工序省略，也能够形成SiC基板与欧姆电极层的良好的欧姆接合。
[0025]因此，根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，由于不需要实施所述高温退火工序，因此不实施高温退火工序，便能够在SiC层的表面上形成欧姆电极层。
[0026]另外，根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，由于不需要实施所述高温退火工序，因此不会存在高温退火工序中产生的“副产物的碳”和“剥离完的电极材料”在之后的工序中成为污染源而污染生产线的情况。
[0027]另外，根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，由于不需要实施所述高温退火工序，因此不会存在在晶元程序中产生种种限制的问题。例如，在将本发明的碳化硅半导体装置的制造方法应用到肖特基势皇二极管的制造方法中时，由于不需要实施所述高温退火工序，因此阻挡金属层的整流功能便不会消失，也就不会受到必须在形成阻挡金属层之前先形成欧姆电极层的限制。
[0028]另外，在专利文献二(日本特表2002-525849号公报)中，记载了通过离子(1n)注入法在室温下向SiC基板的表面导入氮(氮原子或双氮原子)，从而在SiC基板的表面形成高浓度η型SiC层的技术。
[0029]然而，在专利文献二所记载的技术中，在通过离子注入法向SiC基板的表面导入氮之后的牺牲氧化工序与氧化工序中，存在导入的氮容易消失的问题。原因在于，一旦离子注入大量足以形成欧姆接触(Ohmic Contact)的氮，则在离子注入部产生晶体缺陷从而导致氧化速度加快。另外，通常，用来作为背面的(OOO-1)C面，比用来作为正面的(OOOl)Si面的氧化速度约快十倍。与此相对，根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，由于在氧化工序(第一工序)中导入氮便不会存在这样的问题。
[0030]本发明的碳化硅半导体装置的制造方法也可以适用于肖特基势皇二极管的制造方法(参照后述图1?图3)，还可以适用于pn结二极管的制造方法(参照后述图4?图
6) ο
【附图说明】
[0031]图1是用于说明实施方式一涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0032]图2是用于说明实施方式一涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0033]图3是用于说明实施方式一涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0034]图4是用于说明实施方式二涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0035]图5是用于说明实施方式二涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0036]图6是用于说明实施方式二涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0037]图7是用于说明实施方式三涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0038]图8是用于说明实施方式四涉及的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图；
[0039]图9是显示在样品I中的沿着深度方向的S1、C以及N的浓度分布的图；
[0040]图10是用于说明在实施例二中的样品(样品2?4)的示意图；
[0041]图11是将关于样品2及样品3的1-V特性重叠的示意图；
[0042]图12是将关于样品3及样品4的1-V特性重叠的示意图；
[0043]图13是显示关于样品5?8的肖特基势皇二极管的理想因子(η值)的图；
[0044]图14是用于说明以往的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图。
【具体实施方式】
[0045]以下，将关于本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，通过图示的实施方式进行说明。
[0046]实施方式一
[0047]图1?图3是用于说明实施方式一的碳化硅半导体装置的制造方法的示意图。图1(a)?图1(d)、图2(a)?图2(d)以及图3(a)?图3(d)为各工序图。在实施方式一中，以
[0048]制造作为碳化硅半导体装置的肖特基势皇二极管的情况为示例对本发明进行说明。
[0049]实施方式一涉及的碳化硅半导体装置的制造方法包括:“SiC基板准备工序”，“保护环(Guard Ring)层形成工序”，“保护绝缘膜形成工序”，“氮化膜及热氧化膜去除工序”，