碳化硅半导体器件及其制造方法

专利名称：碳化硅半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种碳化硅半导体器件以及制造碳化硅半导体器件的方法，更具体来讲，涉及凭借其提高电极和布线之间的粘附性的碳化硅半导体器件以及制造碳化硅半导体器件的方法。
背景技术：
碳化硅(SiC)是一种宽带隙半导体，正作为实现高频功率器件和耐热、防辐射器件的材料而引起注意。因为可以使用与由硅(Si)形成氧化物膜的方法相同的方法由碳化硅形成氧化物膜(SiO2),所以已对诸如MOSFET的碳化硅 半导体器件积极进行研究。另外，与Si的带隙和电介质击穿电场强度相比，SiC具有更宽的带隙和更大的电介质击穿电场强度。因此，例如，与采用Si的半导体器件的切换特性和击穿电压相比，采用SiC的半导体器件可以实现更优良的切换特性和更大的击穿电压。通常，在这种SiC半导体器件中，提供布线(焊盘)，以有助于从其衬底上形成的电极提取电信号。这种布线不仅用在SiC半导体器件中而且用在Si半导体器件中，以便平滑地与外部组件交换电信号。图35是示出常规SiC半导体器件中电极与布线之间的状态的示意性横截面图。如图35中所示，在SiC半导体器件99A中，SiC半导体衬底99具有上面提供有电极98的一个主表面。在SiC半导体器件99A中，碳97可以沉积在电极98与SiC半导体衬底99相对的主表面上。在此，电极98是与SiC半导体衬底99形成欧姆接触的欧姆电极。应该注意，术语“主表面”是指构成表面的平坦表面之中具有最大面积的表面。由此沉积的碳(C)97阻碍在电极98与SiC半导体衬底99相对的主表面上形成布线96时，阻碍在存在碳97的区域中布线96直接接触电极98。因此，碳97使电极98和布线96之间的粘附性劣化。这导致诸如布线96与电极98分离的失败，由此影响SiC半导体器件99A的耐久性和电特性。为了解决上述问题，例如，考虑的是利用在SiC衬底95上形成Ni和Si的合金层的结构，如在日本专利特开公布No. 7-99169 (下文中，被称作“专利文献I”)中公开的。图36是示出在SiC半导体层上形成Ni和Si的合金层的结构的示意性横截面图。专利文献I公开了在图36所示的电子器件95A中，Ni-Si合金层94形成在SiC衬底95上，然后经受热处理，以具有欧姆电极的功能。另外，专利文献I公开了通过对经由在SiC衬底95上形成Si层并且在Si层上形成Ni层而得到的堆叠结构提供热处理来形成欧姆电极。已知的是，以下面的方式形成图35所示的碳97。也就是说，在形成电极98的过程中的热处理造成构成电极98的金属与SiC半导体衬底99的SiC之间发生反应，由此从作为剩余物的SiC中产生C(碳)，C随后沉积在电极98的表面上。据此，为了实现欧姆接触，专利文献I公开了在SiC半导体衬底99的主表面上形成Ni-Si合金层94、金属(Ni)和Si的合金，由此形成图36所示的电子器件95A。专利文献I还公开了以下面的替选方式来形成图36中所示的电子器件95A :在SiC半导体衬底99的主表面上形成Si层，在Si层上提供Ni层，然后对它们执行热处理。
通常，Si和金属的硅化(合金化)的反应温度低于SiC和金属的合金化的反应温度。由于以下原因，造成Si和金属的反应温度被视为较低。也就是说，对于SiC和金属的硅化反应，需要断开SiC中的Si和C之间的键。另一方面，对于Si和金属的硅化反应，不需要断开键。因此，Si和金属之间进行硅化反应所需的能量变得更小。因此，在升高温度以提供热处理的同时，在所述结构中的上侧(图36中的SiC衬底95的上表面侧)处，Si和Ni的反应继续进行。当Si和Ni的反应继续进行以完成硅化反应时，防止了由SiC的Si与Ni的反应导致的硅化反应，由此防止由于SiC的Si和Ni之间的反应导致产生C。因此，C最不可能到达所述结构的最上表面(图36中的Ni-Si合金层的最上表面)。因此，考虑到在欧姆电极的表面上基本上没有沉积C。引用列表专利文献PTLl :日本专利特开公布No. 7-99169

发明内容
技术问题然而，在如专利文献I中公开地在SiC衬底95上形成Ni-Si合金层94(含有Si的合金层)或Si层的情况下，SiC半导体层和含有Si的层彼此直接接触。在这种情况下，发明人已发现问题，将如下描述这些问题。通常，Si用作SiC的肖特基电极。因此，当Si层或含有Si的合金层与SiC层接触时，Si没有如所期望地合金化并且会保留接触SiC。在这种情况下，这部分用作肖特基电极，从而影响碳化硅半导体器件的电特性。如果例如Si与构成合金层的Ni或Si层上存在的Ni层完全反应以形成合金(硅化物)，Si和SiC没有形成肖特基电极，由此实现如专利文献I中公开的良好欧姆电极的功能。然而，例如，当Si的量相对于Ni的量过多而与之反应时，或者当存在由于工艺条件变化导致Si的浓度局部高的区域时，沉积未反应的Si。在专利文献I所公开的结构中，沉积的这种Si可以直接接触SiC，以形成如上所述的肖特基接触。本发明是针对以上问题而做出的，并且目的在于提供一种碳化硅半导体器件以及用于制造这种碳化硅半导体器件的方法，该碳化硅半导体器件具有欧姆电极，通过防止碳沉积以便不形成肖特基接触来提高欧姆电极与布线的粘附性。解决问题的方法本发明中的制造碳化硅半导体器件的方法是一种制造具有欧姆电极的碳化硅半导体器件的方法。所述制造方法包括如下步骤形成由碳化硅制成的SiC层；在所述SiC层的一个主表面上形成第一金属层，所述第一金属层由一种第一金属兀素制成并且不含有碳原子；在所述第一金属层的与其面对所述SiC层的表面相反的表面上，形成Si层，所述Si层由硅(Si)制成并且不含有碳原子；以及对所述SiC层、所述第一金属层和所述Si层进行热处理，以形成欧姆电极。根据上述问题，第一金属层形成在SiC层和Si层之间，由此防止没有反应的Si和SiC层直接彼此接触形成肖特基接触。然而，优选地，第一金属元素由一种金属构成。尽管下文将详细描述，但这样是出于以下原因。也就是说，如果第一金属层由例如两种金属构成，则在热处理步骤开始时，根据条件，Si和第一金属层的两种金属中的一种彼此反应，gp，进行的是两种元素的反应。此后，根据条件，反应变成三种元素的反应，即Si和两种金属的反应。这样使得难以实现所需的反应状态。另外，当在热处理的步骤中升高温度时，由此形成在SiC层和Si层之间的第一金属层优先与Si层反应，以导致合金化(硅化)。这是因为Si和金属层之间反应的温度低于如上所述的SiC和金属层之间反应的温度。当构成第一金属层的第一金属元素通过这个反应完全消耗时，防止SiC和第一金属层之间发生反应。另一方面，即使当第一金属层中的金属元素在与Si层反应之后仍保留时，在第一金属层的上部(与SiC层相反的表面层)处形成其中Si层的Si和金属层的金属原子被合金化(被硅化)的层。这限制了在电极(通过第一金属层和Si层之间的反应形成欧姆电极)的表面(其中Si层的Si和金属层的金属原子被合金化(被硅化)的层的表面)上沉积C的现象，所述C是作为SiC层和第一金属层之间的反应的剩余物产生的。因此，可以防止由于C沉积在欧姆电极的表面层上而导致布线与欧姆电极的表面层的粘附性劣化。应该注意，“不含有碳原子”的第一金属层(或Si层)是指均基本上不含有碳原子 或者所含的碳原子浓度在原子数上为1%或更小的第一金属层或Si层。应该注意，所述方法更优选地还包括如下步骤在所述热处理的步骤之前，在所述Si层的与其面对所述第一金属层的表面相反的表面上形成第二金属层，所述第二金属层由一种第二金属元素制成并且不含有碳原子。以此方式，根据热处理步骤的条件，在所形成的欧姆电极的表面(与面对SiC层的表面相反的表面)上可以保留由构成第二金属层的金属制成的层，或者可以在所述表面上形成含有高浓度的构成第二金属层的金属的层。当布线连接到欧姆电极的这种表面时，与将布线连接到欧姆电极完全硅化的表面层的情况相比，布线和欧姆电极可以彼此粘附。换言之，可以提高布线的粘附性。应该注意，术语“表面层”是指例如距离欧姆电极的表面(与其面对SiC层的表面相反)IOnm或更短的区域。这个区域优选地不含有碳原子。另外，由于存在第二金属层，因此降低了由于SiC和第一金属层之间的反应导致产生的碳(C)沉积在第二金属层的表面层上的可能性。另外，本发明中的制造碳化硅半导体器件的方法是一种制造具有欧姆电极的碳化硅半导体器件的方法。所述制造方法包括如下步骤形成由碳化硅制成的SiC层；在所述SiC层的一个主表面上形成第一金属层,所述第一金属层由一种第一金属兀素制成并且不含有碳原子；在所述第一金属层的与其面对所述SiC层的表面相反的表面上，形成Si金属层，所述Si金属层由硅(Si)和所述一种第一金属元素制成并且不含有碳原子；以及对所述SiC层、所述第一金属层和所述Si金属层进行热处理，以形成欧姆电极。根据上述方法，形成在SiC层和Si金属层之间的第一金属层防止SiC层和在Si金属层中包括的并且未反应的Si彼此直接接触而形成肖特基接触。另外，当在热处理的步骤中升高温度时，由此形成在SiC层和Si金属层之间的第一金属层优先与Si金属层中包括的Si反应，以导致合金化(娃化)。当构成第一金属层的第一金属元素通过这个反应完全消耗时，防止SiC和第一金属层之间发生反应。另一方面，即使当第一金属层中的金属元素在与Si金属层的Si反应之后保留时，在第一金属层的上部(与Si金属层相邻的表面层)形成其中Si金属层的Si和金属层的金属原子被合金化(硅化)的层。这限制了在电极(通过第一金属层和Si金属层之间的反应而形成欧姆电极)的表面上沉积C的现象，所述C是作为由于SiC层和第一金属层之间的反应导致的剩余物产生的。因此，可以防止由于碳(C)沉积在欧姆电极的表面层上而导致布线与欧姆电极的表面层的粘附性劣化。另外，在如上所述形成Si金属层的情况下，所述方法还包括如下步骤在所述热处理的步骤之前，在所述Si金属层的与其面对所述第一金属层的表面相反的表面上形成第二金属层，所述第二金属层由一种第二金属元素制成并且不含有碳原子。以此方式，根据热处理步骤的条件，在所形成的欧姆电极的表面(与面对SiC层的表面相反的表面)上，可以保留由构成第二金属层的金属制成的层，或者可以在所述表面上形成含有高浓度的构成第二金属层的金属的层。当布线连接到欧姆电极的这种表面时，与将布线连接到欧姆电极完全硅化的表面层的情况相比，布线和欧姆电极可以彼此更好地粘附。换目之，可以进一步提闻布线的粘附性。
在根据本发明的制造碳化硅半导体器件的方法中，在热处理步骤中，可以在SiC层的一个主表面上，形成由一种第一金属元素和硅(Si)的合金制成并且含有碳原子的含碳硅化物层。在此，SiC层的SiC接触第一金属层。因此，在热处理的过程中升高温度时，通过其与第一金属层的反应而硅化。由此通过SiC和第一金属层之间的反应得到的硅化物层含有来自SiC的C。结果，形成含有碳原子的含碳硅化物层。然而，就在堆叠结构的表面层(在这种情况下是所形成的欧姆电极的最外表面)上不存在上述硅化过程中产生的C而言，将布线连接到欧姆电极的表面层上不存在问题。因此，可以在SiC层的一个主表面上形成由一种第一金属兀素和Si的合金制成并且含有碳原子的含碳硅化物层。为了形成良好的欧姆接触，第一金属元素优选地是镍(Ni)、钛(Ti)、铝(Al)、钼(Pt)、钨(W)和钯(Pd)组成的组中选择的一种元素。另外，第二金属元素优选地是钛(Ti)、铝(Al)和铬(Cr)组成的组中选择的一种元素。当第二金属元素是上述元素中的一种时，可以可靠地提高欧姆电极和布线之间的粘附性。根据本发明的碳化硅半导体器件是可以使用本发明中的制造碳化硅半导体器件的方法制造的碳化硅半导体器件。所述碳化硅半导体器件包括SiC层，其由碳化硅制成；以及娃化物层，其设置在所述SiC层的一个主表面上，由一种第一金属兀素和娃(Si)的合金制成，并且在其与面对所述SiC层的表面相反的表面层上不含有碳原子。所述SiC层和所述硅化物层彼此形成欧姆接触。以此方式，用作欧姆电极的硅化物层的表面层不含有碳原子。因此，在将布线连接到硅化物层的表面上时，可以防止由于存在这种碳原子而导致硅化物层(欧姆电极)和布线之间的粘附性劣化。应该注意，“不含有碳原子”的硅化物层是指基本不含有碳原子的硅化物层或者所含碳原子的浓度在原子数上为1%或更小的硅化物层。另外，术语“表面层”是指距硅化物层表面的距离为IOnm或更短的区域。另外，根据本发明的碳化硅半导体器件包括SiC层，其由碳化硅制成；含碳硅化物层；以及硅化物层，其不含有碳原子。所述含碳硅化物层设置在所述SiC层的一个主表面上，由一种第一金属兀素和娃(Si)的合金制成，并且含有碳原子。不含有碳原子的娃化物层设置在含碳娃化物层的与其面对SiC层的表面相反的主表面上，由一种第一金属兀素和Si的合金制成，并且在其与其面对含碳硅化物层的表面相反的表面上不含有碳原子。SiC层和含碳硅化物层彼此形成欧姆接触。以此方式，在不含有碳原子并且连接到用作欧姆电极的含碳硅化物层的硅化物层的表面层中不含有碳原子。因此，当将布线连接到硅化物层的表面上时，可以防止由于存在这种碳原子而导致硅化物层和布线之间的粘附性劣化。所述碳化硅半导体器件还可以包括上部硅化物层，所述上部硅化物层形成在所述娃化物层的所述表面层上，由一种第二金属兀素和Si的合金制成，并且在其与面对所述娃化物层的表面相反的表面层处不含有碳原子。在这种情况下，可以独立于构成硅化物层的第一金属元素来选择第二金属元素，由此提高在选择将布线连接到上部硅化物层表面时能够提高布线与上部硅化物层表面的粘附性的金属元素作为第二金属元素方面的自由度。
在根据本发明的碳化硅半导体器件中，第一金属元素优选地是镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一种元素。在这种情况下，可以实现SiC层和硅化物层之间的良好欧姆接触。另外，第二金属元素优选地是钛、铝和铬组成的组中选择的一种元素。当第二金属元素是上述元素之一时，可以可靠地提高上部硅化物层(欧姆电极)和布线之间的粘附性。本发明的有益效果本发明可以提供碳化硅半导体器件以及制造这种碳化硅半导体器件的方法，所述碳化硅半导体器件通过防止碳沉积以便不形成肖特基接触来提高布线的粘附性。


图I是示出根据本发明的第一实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图2是示出根据本发明的第一实施例的用于形成碳化硅半导体器件的工序的流程图。图3是示出本发明的第一实施例中的在经受热处理之后用作欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图4是示出也用作本发明的第一实施例的不同形式的在经受热处理之后用作欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图5是示出根据本发明的第二实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图6是示出根据本发明的第二实施例的用于形成碳化硅半导体器件的工序的流程图。图7是示出本发明的第二实施例中的在经受热处理之后用作欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图8是示出也用作本发明的第二实施例的不同形式的在经受热处理之后欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图9是示出也用作本发明的第二实施例的又一种形式的在经受热处理之后欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。
图10是示出根据本发明的第三实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图11是示出根据本发明的第四实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图12是示出已执行图6的步骤(SlO)来形成pn二极管的状态的示意性横截面图。图13是示出已执行图6的步骤(S20)来形成pn二极管的状态的示意性横截面图。图14是示出已执行离子注入来形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图15是示出形成场氧化物膜以形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图16是示出已执行图6的步骤(S45)来形成pn二极管的状态的示意性横截面图。图17是示出已执行图6的步骤(S50)来形成pn二极管的状态的示意性横截面图。 图18是示出已执行图6的步骤(S60)来形成pn二极管的状态的示意性横截面图。图19是已完成的pn 二极管的示意性横截面图。图20是示出已执行图6的步骤(SlO)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图21是示出已执行图6的步骤(S20)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图22是示出已执行离子注入来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图23是示出形成场氧化物膜以形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图24是示出已执行图6的步骤(S45)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图25是示出已执行图6的步骤(S50)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图26是示出通过执行图6的步骤(S60)完成的RESURF-JEFT的状态的示意性横截面图。图27是示出已执行图6的步骤(SlO)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图28是示出已执行图6的步骤(S20)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图29是示出已执行离子注入来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图30是示出形成场氧化物膜以形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图31是示出已执行图6的步骤(S45)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图32是示出已执行图6的步骤(S50)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图33是示出形成栅电极以形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图34是示出通过执行图6的步骤(S60)完成的横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图35是示出常规SiC半导体器件中电极和布线之间的状态的示意性横截面图。图36是示出在SiC半导体层上形成Ni和Si的合金层的结构的示意性横截面图。
具体实施例方式下面参照附图来描述本发明的一些实施例。应该注意，在实施例中，具有相同功能的那些部分被赋予附图标记，并且除非特别需要，否则不再重复描述。(第一实施例)图I是示出根据本发明的第一实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图2是示出根据本发明的第一实施例的用于形成碳化硅半导体器件的工序的流程图。在此，图I所示的堆叠结构IOA代表根据本发明的第一实施例的用于形成碳化硅半导体器件并且还没有经受热处理的堆叠结构。在图I所示的堆叠结构IOA中，为了形成根据本发明的第一实施例的碳化硅半导体器件的欧姆电极，在SiC衬底10的一个主表面上形成由碳化硅制成的SiC层11。在SiC层11的一个主表面上，形成由一种第一金属兀素制成的第一金属层12。另外, 在第一金属层的与其面对SiC层11的表面相反的表面上(图I中的上侧)，形成由Si制成的Si层13。采用这种构造，当对堆叠结构IOA提供热处理时，构成第一金属层12的第一金属元素优先与Si层13的Si反应(该反应具有的反应温度相对低于Si层11的Si)，由此造成其合金化(硅化)。如此，热处理造成Si层13和第一金属层12之间发生反应，从而导致硅化。另外，当升高热处理的温度以达到第一金属层12和Si层11的Si之间的反应温度时，第一金属元素与SiC层11的Si发生反应，从而开始硅化。在这种情形下，SiC的Si和第一金属元素相互反应，结果是，剩余的碳(C)积聚为剩余物。如果这个碳沉积在例如堆叠结构IOA的表面层(图I中的最上表面)上，则在将布线连接到堆叠结构IOA的表面层上时，布线材料和堆叠结构IOA的表面层之间的粘附性劣化。这样会导致诸如布线脱离的现象。然而，当在所产生的C沉积在堆叠结构IOA的表面层上之前Si层13的Si和第一金属兀素之间的反应消耗了所有第一金属兀素时，用于与SiC层11的SiC反应的第一金属兀素不再存在。这可以防止SiC和第一金属元素之间发生反应，由此防止产生会影响布线粘附的C。另外，在堆叠结构IOA中，在第一金属层12的上部区域(靠近Si层13的区域)中，在至少SiC的硅化之前，Si层13的Si硅化，由此比第一金属元素和SiC的硅化层更早地形成第一金属兀素和Si的娃化层。因此，由于第一金属层12的第一金属兀素和Si层11的SiC的反应不太可能到达第一金属层12的上端部，导致形成硅化物层。因此，即使作为SiC的一部分与第一金属层12的反应结果产生的C积聚在堆叠结构IOA中，C也不可能到达堆叠结构IOA的表面层。据此，可以说，可以通过在SiC层11和Si层13之间提供第一金属层12，可以防止C沉积到堆叠结构IOA的表面层上。另外，如上所述，Si用作SiC的肖特基电极。因此，使Si层或含有硅的合金层直接接触SiC层并非是优选的。然而，通过在堆叠结构IOA中在SiC层11和Si层13之间提供第一金属层12，Si层11的SiC和Si层13的Si彼此不直接接触，由此防止了肖特基接触的形成。S卩，如上所述，与SiC层11和Si层13直接接触的第一金属层12的第一金属元素优先与具有较低反应温度的Si层13的Si发生反应，由此导致其合金化(硅化)。当Si层13和第一金属层12之间的反应完成并且在Si层13的Si在热处理之前通过超过与堆叠结构IOA中的第一金属层12相对应的区域而到达SiC层11之前来实现硅化时，对硅化没有贡献的Si和SiC层11的SiC极不可能直接彼此接触以形成肖特基接触。如此，通过在其间提供第一金属层12，不太可能形成肖特基接触。然而，例如，如果第一金属层12由两种第一金属元素构成，则在进行热处理时，包括Si在内的三种元素发生反应。例如，假设在采用金属A、金属B和Si这三种元素时执行加热，如果金属A和金属B的反应温度以及金属B和Si的反应温度彼此接近，则发生这三种元素，即金属A、金属B和Si的反应。另外，可以存在的情况是在初始状态下，例如，Si只直接接触金属A而不直接接触金属B。在这种情况下，考虑到，在初始状态下，发生两种元素(即，金属A和Si)的反应，然后随着反应进行，反应变成三种元素(即，金属A、金属B和
Si)的反应。就这种反应而言，难以使用例如相图来估计所述反应以实现所需的反应状态。由于以上问题，优选地，构成第一金属层12的第一金属兀素由一种金属构成。具体来讲，优选地，第一金属元素是从镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一种元素。据此，根据SiC和Si的功函数的相关性，在对堆叠结构IOA提供热处理时，可以形成良好的欧 姆电极。参照图2，下面描述了根据本发明的第一实施例的制造碳化硅半导体器件的方法。首先，执行准备衬底的步骤(Sio)。具体来讲，图I所示的SiC衬底10被准备为用于形成碳化硅半导体器件的衬底。例如，可以采用n型SiC晶片或P型SiC晶片作为SiC衬底10。接着，执行形成SiC层的步骤(S20)。具体来讲，如同图I中的堆叠结构IOA的SiC层11 一样，由碳化娃制成的SiC层11形成在SiC衬底10的一个主表面上。出于以下目的，通过例如外延生长的方法来执行形成SiC层的步骤(S20):为了通过使半导体器件用于形成堆叠结构IOA的主表面对应于相同的晶面来确保要形成的半导体器件的良好电特性；以及为了除了 SiC衬底10的厚度之外还提供额外的厚度。根据所使用的衬底和要形成的半导体器件的使用目的，可以形成n型外延层或p型外延层。为了形成外延层，优选地，例如，采用气相外延法，通过将材料气体与杂质源混合来实现气相生长。含有用于构成SiC的Si和C的材料气体及其示例包括硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)。杂质源用于向其提供n型或p型半导体特性，并且其示例包括铝(Al)和磷(P)。另外，用于形成P型外延层的P型杂质源的示例包括乙硼烷(B2H6)和三甲基铝(TMA)，然而用于形成n型外延层的n型杂质源的示例包括氮气(N2)。接着，执行形成第一金属层的步骤(S30)。具体来讲，这个步骤是在图I所示的SiC层11的一个主表面上形成第一金属层12的步骤。第一金属层12由一种第一金属兀素制成并且不包括碳原子。第一金属层12将用于在随后热处理中形成欧姆电极。在此，如果在第一金属层12中包含碳原子，则在执行热处理的随后步骤中，碳原子可以沉积在图I所示的堆叠结构IOA的表面层上。因此，优选地，第一金属层12不包含碳原子。在此，表述“不包含碳原子”表示例如碳原子的量在原子数上小于1%或更少。应该注意，优选地，使用溅射、真空沉积、离子束沉积或电镀法来形成第一金属层12。如上所述，优选地，构成第一金属层12的金属元素是从镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一种元素。接着，执行形成Si层的步骤(S40)。具体来讲，这个步骤是在第一金属层12的与其面对SiC层11的表面相反的表面上形成Si层13的步骤，如图I中所示。Si层13由Si制成并且不包含碳原子。Si层13将用于在随后热处理中形成欧姆电极。优选地，使用诸如溅射法的方法来形成Si层13。然后，执行进行热处理的步骤(S50)。具体来讲，这个步骤是通过向整个堆叠结构IOA提供热处理，将构成堆叠结构IOA的第一金属层12和Si层13合金化的步骤，所述整个堆叠结构IOA包括均在图I中示出并且用于形成如上所述的欧姆电极的第一金属层12和Si 层 13。例如，在形成欧姆电极中用于对图I所示的堆叠结构IOA进行的热处理的优选示例性气氛是氩(Ar)的气氛。可替选地,例如,可以使用诸如氮气(N2)的惰性气体气氛。另夕卜，在不低于800°C且不高于1100°C，更优选地不低于900°C且不高于[sl]1050°C的温度下，执行热处理不少于30秒且不多于5分钟。通过由此执行热处理，Si层13的Si和构成第一金属层12的第一金属兀素娃化(合金化)。由此合金化的部分与SiC层11形成欧姆接触，从而形成欧姆电极。
图3是示出本发明的第一实施例中的在经受热处理之后用作欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图4是示出也用作本发明的第一实施例的不同形式的在经受热处理之后欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图3所示的欧姆电极IlA和图4所示的欧姆电极12A都已经历对图I所示的堆叠结构IOA执行热处理的步骤(S50)。例如，图3所示的欧姆电极IlA包括含碳硅化物层41，其设置在由碳化娃制成的SiC层11的一个主表面上，由一种第一金属兀素和Si的合金制成，并且包括碳原子；以及硅化物层42，其设置在含碳硅化物层41的与其面对SiC层11的表面相反的主表面上，由一种第一金属兀素和Si的合金制成，并且在与其面对含碳娃化物层41的表面相反的表面层上不包括碳原子。SiC层11和含碳硅化物层41彼此形成欧姆接触。应该注意，本文中的术语“表面层”是指例如从最上层，即硅化物层42的相反表面(图3中的上侧)至图3所示的欧姆电极IlA中的含碳硅化物层41的距离为IOnm或更短的区域。另一方面，例如，图4所示的欧姆电极12A包括硅化物层42，其设置在由碳化硅制成并且形成在SiC衬底10的一个主表面上的SiC层11的一个主表面上，其由一种第一金属元素和Si的合金制成，以及在与其面对SiC层11的表面相反的表面层上不包括碳原子。SiC层11和硅化物层42彼此形成欧姆接触。当向图I所示堆叠结构IOA提供热处理时，首先，构成第一金属层12的一种第一金属兀素与Si层13的Si娃化。这是因为,在比第一金属兀素与SiC反应的温度低的温度下，第一金属兀素与Si进行娃化反应。在此，因为第一金属层12和Si层13都适于不包含碳原子，所以硅化物层42 (作为第一金属层12和Si层13之间的反应结果形成的合金)不含有碳原子。然而，当在热处理中加热温度升高时，加热温度达到第一金属元素也与SiC的Si硅化的温度。因此，第一金属层12与Si层13的Si以及SiC层11的Si这两者硅化。如此，由于与Si层13的Si硅化而导致形成如上所述不含有碳原子的硅化物层42，然而在与SiC层11的Si硅化的过程中形成含有变成剩余物的碳原子的含碳硅化物层41。这种硅化一直继续着，直到所有的第一金属元素硅化为止。当所有的第一金属元素发生硅化以完成反应时，如图3所示的欧姆电极IlA中，由SiC层11的Si和第一金属元素的硅化导致的含碳娃化物层41形成在SiC层11的一个主表面上,并且由Si层13的Si和第一金属兀素的娃化导致的娃化物层42形成在含碳娃化物层41与其面对SiC层11的表面相反的表面(图3中的上侧)上。然而，例如，当在热处理中的加热温度达到第一金属元素与SiC的Si硅化的温度之前所有的第一金属元素与Si层13的Si硅化时，如图4所示的欧姆电极12A中，由于Si层13的Si与第一金属元素硅化，造成没有碳原子的硅化物层42形成在SiC层11的与其面对SiC衬底10的表面相反的表面(图4中的上侧)上。当形成如图3和图4构成的欧姆电极中的任一种时，在因此存在硅化物层42的情况下，含碳硅化物层41和SiC层11的碳原子没有到达欧姆电极11A、12A中的每个表面层，即硅化物层42的表面层。因此，使用根据本发明的制造欧姆电极的方法，碳原子没有沉积在欧姆电极11A、12A中的每个欧姆电极的表面层，即硅化物层42的表面层上。这使布线与硅化物层42的表面层能形成良好的粘附性。在由此形成欧姆电极的情况下，最后执行形成布线部分的步骤(S60)。具体来讲，这是在欧姆电极的表面层(即，图3和图4中的欧姆电极11A、12A中每个的硅化物层42的 表面层)上形成金属层(焊盘)的步骤。要使用金属层作为用于提取电信号的布线，尽管在图3和图4中未示出。例如，可以使用真空沉积、离子束沉积、溅射等来形成布线部分。如上所述，在图3和图4所示的欧姆电极11A、12A中每个的硅化物层42的表面层上不存在碳原子或沉积的碳97 (参见图35)。这样使布线部分与硅化物层42的表面层能形成良好的粘附性。(第二实施例)图5是示出根据本发明的第二实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图6是示出根据本发明的第二实施例的用于形成碳化硅半导体器件的工序的流程图。在此，图5所示的堆叠结构IOB代表根据本发明的第二实施例的用于形成碳化硅半导体器件并且还没经受热处理的堆叠结构。如图5的堆叠结构IOB中所示，根据本发明的第二实施例的被准备用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构具有与本发明的第一实施例的堆叠结构IOA的构造(参见图I)类似的构造。然而，在堆叠结构IOB中，在Si层13的与其面对第一金属层12的表面相反的表面(图5中的上侧)上形成第二金属层14。第二金属层14由一种第二金属元件制成，并且不含有碳原子。堆叠结构IOB与堆叠结构IOA的不同仅在于这个方面。在热处理步骤之后，假定在欧姆电极的表面层上形成布线部分。例如，在本发明的第一实施例中的欧姆电极11A、12A的每个中，布线部分形成在硅化物层42的表面层上。然而，在本发明的第二实施例中，第二金属层14形成为堆叠结构IOB的最上层。因此，根据执行热处理之后的条件，所形成的欧姆电极的表面层可以对应于第二金属层14。因此，通过在第二金属层14上形成布线部分，与在硅化物层上形成布线部分的情况相比，构成布线部分的金属元素和欧姆电极的表面层之间的粘附性变得更好，由此提高了布线部分和欧姆电极之间的粘附性。接着，下面描述了根据本发明的第二实施例的制造碳化硅半导体器件的方法。如图6的流程图中所示，根据本发明的第二实施例的制造碳化硅半导体器件的方法与根据本发明的第一实施例的制造碳化硅半导体器件的方法基本上相同。然而，如图6中所示，根据本发明的第二实施例的制造碳化硅半导体器件的方法还包括在Si层13的与其面对第一金属层12的表面相反的表面上形成第二金属层的步骤(S45)，所述第二金属层由一种第二金属元素制成并且不含有碳原子。在形成Si层的步骤(S40)中形成图5的Si层13之后且在执行热处理的步骤(S50)之前，执行步骤(S45)。在此，如果在第二金属层14中包含碳原子，则在随后执行热处理的步骤中，碳原子将扩散，由此图5所示的堆叠结构IOB的表面层含有碳原子。因此，优选地，第二金属层14不含有碳原子。在此，表述“不含有碳原子”表示例如碳原子的量在分子数上为1%或更小。应该注意，如同第一金属层12—样，优选地，还使用溅射、真空沉积、离子束沉积或电镀法来形成第二金属层14。如上所述，优选地，构成第一金属层的元素是从镍、钛、钼、钨和钯组成的组中选择的一种兀素。如同第一金属层12—样,第二金属层14优选地由一种金属元素制成。优选地，构成第二金属层14的第二金属元素是钛、铝和铬组成的组中选择的一种元素。据此，根据SiC和Si的功函数的相关性，在向堆叠结构IOB提供热处理时可以形成良好的欧姆电极。图6的流程图与图2的流程图的不同在于上述方面。S卩，图6中的步骤(SlO)与图2的步骤(SlO)相同。同样，图6的步骤(S20)、(S30)、(S40)、(S50)和(S60)分别与图2中的那些步骤相同。然而，在执行热处理的步骤(S50)之后的堆叠结构IOB的形式与本发明的第一实施例中的不同。图7是示出本发明的第二实施例中的在经受热处理之后用作欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图8是示出也用作本发明的第二实施例的不同形式的在经受热处理之后欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图9是示出也用作本发明的第二实施例的又一种形式的在经受热处理之后欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。图7所示的欧姆电极11B、图8所示的欧姆电极12B和图9所示的欧姆电极13B已经过图5所示的对堆叠结构IOB执行热处理的步骤(S50)。例如，当图5所示的Si层13的Si首先与第一金属层12的第一金属兀素和第二金属层14的第二金属兀素娃化时,形成其中混合了三种元素(即，Si、第一金属元素和第二金属元素)的硅化物层43。然而，例如，当在所有的第一金属兀素与Si层13娃化之前第一金属兀素开始与SiC层11的Si娃化时，如图7中所示，形成提供有含碳硅化物层41和硅化物层43的欧姆电极11B。硅化物层41形成在SiC层11的与其面对SiC衬底10的表面相反的表面(图7中的上侧)上，由第一金属元素和Si的合金制成，并且含有碳原子。硅化物层43设置在含碳硅化物层41的与其面对SiC层11的表面相反的主表面上，由第一金属兀素、第二金属兀素和Si的合金制成，并且在其与面对含碳硅化物41的表面相反的表面层处不含有碳原子。然而，例如，当在热处理中的加热温度达到第一金属元素与SiC的Si硅化的温度之前所有的第一金属元素都与Si层13的Si硅化时，如图8所示的欧姆电极12B中，没有碳原子的硅化物层43形成在SiC层11的与其面对SiC衬底10的表面相反的表面(图8中的上侧)上，这是由于Si层13的Si、第一金属元素和第二金属元素的硅化导致的。另外，当Si层13的厚度根据金属类型而比图5中所示的第一金属层12和第二金属层14的总厚度大特定值，例如，是该总厚度的两倍或大于两倍时，Si层13的Si可以单独与第一金属元素和第二金属元素反应。应该注意，本文中的术语“厚度”是指彼此相反的主表面之间的距离。例如，三种元素，即Si层13的Si、第一金属元素、第二金属元素可以在堆叠结构IOB的下侧(图5中的下侧)混合并硅化，然而只有第二金属元素可以与堆叠结构IOB上侧(图5中的上侧)处的Si层13的Si硅化，这是因为Si层13很厚，以使得第一金属元素不能到达那儿。这会导致形成欧姆电极13B还包括在其与面对硅化物层43的表面相反的表面层处由一种第二金属元素和Si制成并且没有碳原子的上部硅化物层44，如图9中所示。另外，尽管在附图中未示出，但是例如也可以形成其中由一种第一金属元素和Si的合金制成的娃化物层和一种第二金属兀素和Si的合金制成的娃化物层彼此堆叠的欧姆电极。在由此构造的欧姆电极中，两种元素，即一种金属元素和Si被硅化，由此与通过混合三种元素形成硅化物层43的情况相比，可以容易地使用相图来估计所述反应。另外，在本发明的第二实施例中，在堆叠结构IOB中提供第二金属层14，所以从SiC层11到堆叠结构最上层的表面层的距离(厚度)比本发明的第一实施例中距离的长。因此，SiC层11的C会不太可能到达表面层。另外，例如，当第二金属元素与Si反应的温度比第一金属元素与Si反应的温度高得多时，或者当第二金属层14的厚度明显很厚时，并非所有的第二金属元素都与Si硅化。 在这种情况下，虽然在附图中未示出，但是例如第二金属层14保留在图7至图9中每个所示的欧姆电极的表面层(图7和图8的每个中的硅化物层43的最上层；图9中的上部硅化物层44的最上层)上。在这种情况下，在欧姆电极中，布线部分将形成为与第二金属层14的表面层接触。因此，与在硅化物层的表面层上形成布线部分的情况相比，可以实现更好的粘附性。本发明的第二实施例与本发明的第一实施例的不同仅在于上述方面。因此，以上在本发明的第二实施例中未提及的构造、条件、工序、效果等与本发明的第一实施例中的构造、条件、工序、效果等都相同。(第三实施例)图10是示出根据本发明的第三实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。在此，图10所示的堆叠结构IOC代表根据本发明的第三实施例的用于形成碳化硅半导体器件并且还没经受热处理的堆叠结构。如图10的堆叠结构IOC中所示，根据本发明的第三实施例的被准备用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构具有与本发明的第一实施例的堆叠结构IOA的构造(参见图I)类似的构造。然而，在堆叠结构IOC中，形成Si金属层15，以替代堆叠结构IOA中的Si层13。Si金属层15由Si和一种第一金属元素制成，并且不含有碳原子。堆叠结构IOC与堆叠结构IOA的不同仅在于这个方面。根据本发明的第三实施例的形成碳化硅半导体器件的工序与如图2中所示的根据本发明的第一实施例的形成碳化硅半导体器件的工序类似。然而，如上所述，在堆叠结构IOC中，形成Si金属层15，以替代堆叠结构IOA中的Si层13。因此，图2中的形成Si层的步骤(S40)变成形成Si金属层的步骤(S40)。如此，在Si金属层15(即，含硅层)适于在执行热处理之前在初始状态下含有第一金属元素的情况下，Si元素位于靠近第一金属元素，由此在执行热处理时，实现了 Si和第一金属元素更快地硅化。这可以防止第一金属元素和Si层11的Si的硅化，由此限制沉积SiC层11的C的现象。应该注意，可以使用镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一种兀素作为构成Si金属层15的第一金属兀素,或者如同第二实施例中描述的第二金属兀素一样，可以使用从钛、铝和铬组成的组中选择的一种元素作为构成Si金属层15的第一金属元素。本发明的第三实施例与本发明的第一实施例的不同仅在于上述方面。因此，以上在本发明的第三实施例中未提及的构造、条件、工序、效果等与本发明的第一实施例中的构造、条件、工序、效果等都相同。(第四实施例)图11是示出根据本发明的第四实施例的用于形成碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构的示意性横截面图。在此，图11所示的堆叠结构IOD代表根据本发明的第四实施例的用于形成碳化硅半导体器件并且还没经受热处理的堆叠结构。如图10的堆叠结构IOD中所示，根据本发明的第四实施例的被准备用于形成 碳化硅半导体器件的欧姆电极的堆叠结构具有与本发明的第二实施例的堆叠结构IOB的构造(参见图I)类似的构造。然而，在堆叠结构IOD中，如同本发明的第三实施例中的堆叠结构IOC —样,形成由Si和一种第一金属兀素制成并且不含有碳原子的Si金属层15,以替代堆叠结构IOB中的Si层13。即，在堆叠结构IOD中，执行在Si金属层15的与其面对第一金属层12的表面相反的表面上形成第二金属层14的额外步骤，所述第二金属层14由一种第二金属元素制成并且不含有碳原子。如此，第二金属层14可以形成在Si金属层15的主表面上。堆叠结构IOD与堆叠结构IOB的不同仅在于这个方面。根据本发明的第四实施例的形成碳化硅半导体器件的工序与如图6中所示的根据本发明的第二实施例的形成碳化硅半导体器件的工序类似。然而，如上所述，在堆叠结构IOD中，形成Si金属层15，以替代堆叠结构IOB中的Si层13。因此，图6中的形成Si层的步骤(S40)变成形成Si金属层的步骤(S40)。如此，同样在第二金属层14形成在Si金属层15的主表面上的情况中，因为Si金属层15 (即，含硅层)适于在执行热处理之前在初始状态下含有第一金属元素，所以Si元素的位置靠近第一金属元素，由此在执行热处理时，实现了 Si和第一金属元素更快地硅化。本发明的第四实施例与本发明的第二实施例的不同仅在于上述方面。因此，以上在本发明的第四实施例中未提及的构造、条件、工序、效果等与本发明的第二实施例中的构造、条件、工序、效果等都相同。[实例I]图12至图19是分别示出在使用本发明的第二实施例的形成pn 二极管的情况下在执行一些步骤之后的状态的示意性横截面图。更具体来讲，图12是示出已执行图6的步骤(SlO)来形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图13是示出已执行图6的步骤(S20)来形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图14是示出已执行离子注入来形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图15是示出形成场氧化物膜以形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图16是示出已执行图6的步骤(S45)来形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图17是示出已执行图6的步骤(S50)来形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图18是示出已执行图6的步骤(S60)来形成pn 二极管的状态的示意性横截面图。图19是已完成的pn 二极管的示意性横截面图。参照图12至图19，下面描述了制造应用本发明的Pn 二极管的方法。
首先，如图12中所示，例如，作为准备图6中的衬底的步骤(SlO)，来准备n型SiC衬底20。然后，作为形成图6的SiC层的步骤(S20)，在SiC衬底20的一个主表面上形成n_型外延层21 (参见图13)。另外，在n_型外延层21的与其面对SiC衬底20的表面相反的表面上，形成P+型外延层22 (参见图13)。以此方式，如图13中所示，形成n_型外延层21和P+型外延层22的堆叠结构。n_型外延层21具有lel6Cm_3的杂质浓度和10 y m的膜厚度，而P+型外延层22具有2el7Cm_3的杂质浓度和0. 8 y m的膜厚度。接着，如图14中所示，将Al离子注入到P+型外延层22中，由此形成Al离子注入区23。形成Al离子注入区23的这个步骤是如下的步骤形成杂质浓度比P+型外延层22的杂质浓度大大致两个或三个数量级的区域，以便实现要形成的欧姆电极与衬底之间的良好电接触。这个离子注入过程中的Al离子的剂量是lel5CnT2。另外，如图14中所示，优选地，注入Al离子的深度比P+型外延层22的深度窄。
为了形成图14所示的Al离子注入区23，首先，通过对P+型外延层22的未面对n_型外延层21的主表面进行热氧化，来形成具有特定厚度的氧化硅膜(3102膜)。然后，对SiO2膜涂布具有特定厚度的抗蚀剂。在这种状态下，例如，使用光刻法对抗蚀剂进行构图。然后，由此上面形成有图案的抗蚀剂被用作对SiO2膜进行蚀刻(诸如，RIE蚀刻)的掩模，由此部分地去除(构图)Si02膜。结果，SiO2膜提供有开口，Al离子注入区23通过开口被暴露。然后，去除抗蚀剂，以及从P+型外延层22的未面对n_型外延层21的主表面侧，将Al离子注入到SiO2膜的开口中。此后，去除SiO2膜。以此方式，形成图14所示的Al离子注入区23。与P+型外延层22的杂质浓度和电阻相比，Al离子注入区23具有更高的杂质浓度和更小的电阻。这使要形成的欧姆电极和衬底之间能有良好的电接触。在此，为了激活Al离子注入区23的杂质，在1700°C下，执行激活退火(热处理)30分钟。此后，如图15中所示，例如，在湿气氛中，通过热氧化，在P+型外延层22和Al离子注入区23的主表面(图15中的上侧)上，形成由SiO2制成的场氧化物膜24(具有50nm的厚度)。场氧化物膜24被形成为保护P+型外延层22和Al离子注入区23的主表面。接着，例如，使用光刻法，在场氧化物膜24上形成具有开口图案的掩模。使用该掩模执行蚀刻等，以去除Al离子注入区23的未面对P+型外延层22的主表面上形成的场氧化物膜24。这暴露了 Al离子注入区23的未面对P+型外延层22的主表面。然后，在这种状态下，作为形成如图6所示的第一金属层的步骤(S30)，在Al离子注入区23上形成具有的厚度为例如IOnm的Ti薄膜25，如图16中所示。可以使用例如Al (铝)、Ni (镍)、Pt (钼)、W(钨)、Pd(钯)等来替代Ti (钛)。接着，作为如图6所示的形成Si层的步骤(S40)，在Ti薄膜25的主表面上形成具有的厚度为例如50nm的Si层27，如图16中所示。接着，作为如图6所示的形成第二金属层的步骤(S45)，例如，在Si层27的主表面上，形成具有的厚度为50nm的Ti薄膜25，如图16中所示。例如，可以使用Al (铝)、Cr(铬)等来替代Ti (钛)。在这种状态下，作为如图6所示的执行热处理的步骤(S50)，在1000°C下，对图16所示的整个结构进行热处理2分钟。因此，用作第一金属层的Ti薄膜25的Ti、Si层27的Si和用作第二金属层的Ti薄膜25的Ti被硅化，由此形成用作硅化物层的电极51，如图17中所示。电极51是欧姆电极，并且可以被构造为下面单独形成的区域的堆叠形式用作第一金属层的Ti薄膜25和Si层27的Si被硅化的区域；以及用作第二金属层的Ti薄膜25和Si层27的Si被硅化的区域。可替选地，电极51可以被构造成通过将三种元素，即用作第一金属层的Ti薄膜25、Si层27的Si和用作第二金属层的Ti薄膜25混合并且娃化而得到的一个硅化物层。可替选地，没有硅化的Ti薄膜25可以保留在电极51的未面对Al离子注入区23的表面层中。在形成布线部分的步骤(S60)中，例如，具有的厚度为50nm的Ti薄膜25和具有的厚度为3nm的Al薄膜26被形成为用作欧姆电极的电极51的表面层上的布线(焊盘)，如图18中所示。采用上述工序，完成pn 二极管的一个欧姆电极。然而，为了使其用作实际的pn 二极管，要求两个欧姆电极。因此，如图19中所示，例如，另一个欧姆电极(电极51)形成在SiC衬底20的未面对n_型外延层21的主表面(背表面)上，由此完成图19所不的pn 二极管100。这个pn 二极管100具有欧姆电极，通过防止在电极51的表面层上沉积碳原子以及通过Si和SiC形成肖特基电极，将布线粘附于每个所述欧姆电极。应该注意，用于在SiC
衬底20的背表面上形成欧姆电极(电极51) ,Ti薄膜25和Al薄膜26的方法与在p+型外延层22上形成电极51、Ti薄膜25和Al薄膜26的方法基本上相同。应该注意，在SiC衬底20的未面对n_型外延层21的主表面处形成的欧姆电极可以以与如图19中所示的本发明的第二实施例中的方式相同的方式来形成，但是可以使用另一种方式来形成所述欧姆电极。在形成欧姆电极中，用于以高浓度在SiC衬底20中掺杂杂质的离子注入不需要实现与如图19所示的欧姆电极的良好电接触。这是由于以下原因因为SiC衬底20 —般包含高浓度的杂质，SiC衬底20具有比P+型外延层22的接触电阻小的接触电阻，并且可以在没有任何修改的情况下提供良好的电接触。另外，以本发明的第二实施例中的形成方法作为在pn 二极管100中形成每个欧姆电极的上述方法为例。然而，本发明不限于此，并且可以使用本发明的其他实施例(例如，本发明的第一实施例、第三实施例或第四实施例)中的形成方法来形成欧姆电极。使用实施例中的任一个，通过使Si和一种或两种金属元素硅化，由一个或两个硅化物层来形成图17至图19中的每个中所示的电极51。[实例2]图20至图26是分别示出在使用本发明的第二实施例的形成RESURF-JFET的情况下执行一些步骤之后的状态的示意性横截面图。更具体来讲，图20是示出已执行图6的步骤(SlO)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图21是示出已执行图6的步骤(S20)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图22是示出已执行离子注入来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图23是示出形成场氧化物膜以形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图24是示出已执行图6的步骤(S45)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图25是示出已执行图6的步骤(S50)来形成RESURF-JFET的状态的示意性横截面图。图26是示出通过执行图6的步骤(S60)而完成的RESURF-JEFT的状态的示意性横截面图。参照图20至图26，下面示出使用本发明的第二实施例制造RESURF-JFET的方法。首先，如图20中所示，例如，作为准备图6中的衬底的步骤(SlO)，准备n型的SiC衬底20。然后，作为形成图6的SiC层的步骤(S20)，在SiC衬底20的一个主表面上形成P+型外延层22 (参见图21)。另外，在P+型外延层22的与其面对SiC衬底20的表面相反的表面上，形成n+型外延层32 (参见图21)。另外，在n+型外延层32的与其面对p+型外延层22的表面相反的表面上，形成P+型外延层22 (参见图21)。以此方式，如图21中所示，形成P+型外延层22、在n+型外延层32和P+型外延层22的堆叠结构。面对SiC衬底20的P+型外延层22具有2el7Cm_3的杂质浓度和10 y m的膜厚度。n+型外延层32具有2el7cm_3的杂质浓度和0. m的膜厚度。作为最上层的P+型外延层22具有2el7Cm_3的杂质浓度和0. 2iim的膜厚度。接着，如图22中所示，将P离子和Al离子注入到作为最上层的P+型外延层22和n+型外延层32，由此形成源区33、栅区34和漏区35。形成源区33和漏区35的步骤中的每个是如下的步骤形成具有的杂质浓度比n+型外延层32的杂质浓度大大致两个或三个数量级的区域，以便实现要形成的欧姆电极与衬底之间的良好电接触。另外，形成栅区34的步骤是如下的步骤形成具有的杂质浓度比P+型外延层22和n+型外延层32中每个的杂质浓度大大致一个至三个数量级的区域，以便提高栅电极用于控制要形成晶体管的沟道的电特性。在此，为了形成源区33和漏区35，通过离子注入的方法以6el4Cm_2的剂量注入P (磷)离子。另一方面，为了形成栅区34，以8el4Cm_2的剂量注入Al离子。为了提供作为RESURF-JFET的功能，即，使源区33和漏区35之间的区域中的电场强度分布均匀化以限制 电场浓度的功能，优选地，源区33、栅区34和漏区35中每个的深度比作为最上层的P+型外延层22的厚度深，并且比P+型外延层22和n+型外延层32的总厚度薄，如图22中所示。为了形成图22中所示的源区33、栅区34和漏区35，优选地，如同如图14中形成Al离子注入区23的情况一样，使用例如光刻法和离子注入法这两者。在此，为了激活源区33、栅区34和漏区35中每个的杂质，在1700°C下，执行激活退火(热处理)30分钟。此后，如图23中所示，例如，在湿气氛中，通过热氧化，在P+型外延层22、源区33、栅区34和漏区35 (图23中的上侧)的主表面上，形成具有的厚度为IOOnm且由SiO2制成的场氧化物膜24。这个场氧化物膜被形成为保护P+型外延层22、源区33、栅区34和漏区35的主表面。使用例如光刻法，在场氧化物膜24上形成具有开口图案的掩模。使用该掩模来执行蚀刻等，以去除源区33、栅区34和漏区35的未面对P+型外延层22的主表面上形成的场氧化物膜24。这暴露了源区33、栅区34和漏区35的未面对p+型外延层22的主表面。然后，在这种状态下，作为如图6中所示的形成第一金属层的步骤(S30)，在源区33、栅区34和漏区35中的每个上形成具有的厚度为例如50nm的Ni薄膜36，如图24中所示。例如，可以使用Al (铝)、Ti (钛)、Pt (钼)、W(钨)、Pd(钯)等来替代Ni (镍)。接着，作为如图6中所示形成Si层的步骤(S40)，在Ni薄膜36的主表面上形成具有的厚度为例如IOOnm的Si层27，如图24中所示。接着，作为如图6中所示的形成第二金属层的步骤(S45)，例如，在Si层27的主表面上形成具有的厚度为20nm的Ni薄膜36，如图24中所示。例如，可以使用Ti (钛)、Al (铝)、Cr (铬)等来替代Ni (镍)。在这种状态下，作为如图6中所示执行热处理的步骤(S50)，在1000°C下，将图24所示的整个结构热处理2分钟。因此，用作第一金属层的Ni薄膜36的Ni、Si层27的Si和用作第二金属层的Ni薄膜36的Ni被硅化，由此形成均用作硅化物层的电极52，如图25中所示。电极52均是欧姆电极。电极52可以被构造为下面单独形成的区域的堆叠形式用作第一金属层的Ni薄膜36和Si层27的Si被硅化的区域；以及用作第二金属层的Ni薄膜36和Si层27的Si被硅化的区域。可替选地，电极52可以被构造成通过将三种元素，即用作第一金属层的Ni薄膜36、Si层27的Si以及用作第二金属层的Ni薄膜36混合并且硅化而得到的一个硅化物层。可替选地，没有硅化的Ni薄膜36可以保留在电极52的未面对例如源区33的表面层处。在形成布线部分的步骤(S60)中，例如，具有的厚度为50nm的Ti薄膜25和具有的厚度为3nm的Al薄膜26被形成为用作欧姆电极的电极52的表面层上的布线(焊盘)，如图26中所示。根据上述工序形成并在图26中示出的RESURF-JFET 200具有欧姆电极(电极
52)，通过防止在每个电极52的表面层上沉积碳原子以及通过Si和SiC形成肖特基电极，将布线粘附于每个所述欧姆电极。
应该注意，以本发明的第二实施例中的形成方法作为在RESURF-JFET 200中形成每个欧姆电极的上述方法为例。然而，本发明不限于此，并且可以使用本发明的其他实施例(例如，本发明的第一实施例、第三实施例或第四实施例)中的形成方法来形成欧姆电极。使用实施例中的任一个，通过使Si和一种或两种金属元素硅化，由一个或两个硅化物层形成图25和图26的每个中所示的电极52中的每个。[实例3]图27至图34是分别示出在使用本发明的第三实施例的形成横向型MOSFET的情况下执行一些步骤之后的状态的示意性横截面图。更具体来讲，图27是示出已执行图6的步骤(SlO)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图28是示出已执行图6的步骤(S20)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图29是示出已执行离子注入来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图30是示出形成场氧化物膜以形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图31是示出已执行图6的步骤(S45)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图32是示出已执行图6的步骤(S50)来形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图33是示出形成栅电极以形成横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。图34是示出通过执行图6的步骤(S60)完成的横向型MOSFET的状态的示意性横截面图。参照图27至图34，下面示出使用本发明的第三实施例来制造横向型MOSFET的方法。首先，如图27中所示，例如，作为准备图6中的衬底的步骤(SlO)，准备n型SiC衬底20。然后，作为形成图6的SiC层的步骤(S20)，在SiC衬底20的一个主表面上形成p—型外延层31。因此，可以如图28中所示地形成p—型外延层31。p—型外延层31具有lel6cm_3的杂质浓度和10 y m的膜厚度。接着，如图29中所示，将P离子注入到p_型外延层31中，由此形成均具有n型导电类型的源区33和漏区35。形成源区33和漏区35的步骤中的每个是如下的步骤形成具有的杂质浓度比P_型外延层31的杂质浓度大大致两个或三个数量级的区域，以便实现要形成的欧姆电极与衬底之间的良好电接触，以及以便提高栅电极用于控制要形成晶体管的沟道的电特性。在此，为了形成源区33和漏区35，例如，通过离子注入的方法以5el4Cm_2的剂量注入P(磷)离子。应该注意，如图29中所示，源区33和漏区35中每个的深度优选地比p_型外延层31的厚度浅。为了形成图29所示的源区33和漏区35，优选地，如图14中所示的Al离子注入区23的情况一样，使用例如光刻法和离子注入法这两者。在此，为了激活源区33和漏区35中每个的杂质，在1750°C下，执行激活退火(热处理)30分钟。此后，如图30中所示，例如，在湿气氛中，通过热氧化，在p—型外延层31、源区33和漏区35 (图30中的上侧)的主表面上，形成具有的厚度为50nm且由SiO2制成的场氧化物膜24。这个场氧化物膜24被形成为具有设置在沟道区上方并且用作栅绝缘膜的一部分，并且保护P_型外延层31、源区33和漏区35的主表面。使用例如光刻法，在场氧化物膜24上形成具有开口图案的掩模。使用该掩模来执行蚀刻等，以去除场氧化物膜24形成在源区33和漏区35的未面对p_型外延层31的主表面上的部分。这暴露了源区33和漏区35的未面对p—型外延层31的主表面的一部分。然后，在这种状态下，作为如图6中所示形成第一金属层的步骤(S30)，在设置在源区33和漏区35中的每个上并且已去除场氧化物膜24的区域中，形成具有的厚度为例如50nm的Ni薄膜36，如图31中所示。可以使用Al (铝)、Ti (钛)、Pt (钼)、W(钨)、Pd(钯)等来替代Ni (镍)。 接着，作为如图6中所示形成Si层的步骤(S40)，在Ni薄膜36的主表面上形成具有的厚度为例如IOOnm的Si层27，如图31中所示。接着，作为如图6中所示形成第二金属层的步骤(S45)，例如，在Si层27的主表面上形成具有的厚度为20nm的W薄膜37，如图31中所示。例如，可以使用Ti(钛)、A1(铝)、Cr(铬)等来替代W(钨)。在这种状态下，作为如图6中所示执行热处理的步骤(S50)，在1000°C下，将图31所示的整个结构热处理2分钟。因此，用作第一金属层的Ni薄膜36的Ni、Si层27的Si和用作第二金属层的W薄膜37的W被硅化，由此形成均用作硅化物层的电极53，如图32中所示。电极53中的每个都是欧姆电极，并且可以被构造为下面单独形成的区域的堆叠形式用作第一金属层的Ni薄膜36和Si层27的Si被硅化的区域；以及用作第二金属层的W薄膜37和Si层27的Si被硅化的区域。可替选地，电极53可以被构造成通过将三种元素，即用作第一金属层的Ni薄膜36、Si层27的Si以及用作第二金属层的W薄膜37混合并且硅化而得到的一个硅化物层。可替选地，没有硅化的W薄膜37可以保留在电极53的未面对例如源区33的表面层处。接着，例如，使用光刻法来形成抗蚀剂膜。此后，使用真空沉积、离子束沉积或溅射，来形成作为导电膜的Al膜。然后，连同抗蚀剂掩模一起去除(剥离)导电膜中的除了要成为栅电极的部分之外的部分，由此在场氧化物膜24上形成Al薄膜26来用作栅电极，如图33中所示。在此，Al薄膜26具有的厚度是200nm，并且被形成(在整个沟道区上方)以在源区33和漏区35上方延伸。在形成布线部分的步骤(S60)中，例如，具有的厚度为50nm的W薄膜37和具有的厚度为3nm的Al薄膜26被形成为用作欧姆电极的每个电极53的表面层上的布线(焊盘)，如图34中所示。应该注意，在用作栅电极的Al薄膜26上，还以类似方式形成W薄膜37和Al薄膜26。根据上述工序形成并在图34中示出的横向型MOSFET 300具有欧姆电极，通过防止在电极53的表面层上沉积碳原子以及通过Si和SiC形成肖特基电极，将布线很好地粘附于每个所述欧姆电极。应该注意，以本发明的第三实施例中的形成方法作为在横向型MOSFET 300中形成每个欧姆电极的上述方法为例。然而，方法不限于此，并且可以使用本发明的其他实施例(例如，本发明的第一实施例、第二实施例或第四实施例)中的形成方法来形成欧姆电极。使用施例中的任一个，通过使Si和一种或两种金属元素硅化，由一个或两个硅化物层来形成图32至图34的每个中所示的电极53中的每个。另外，本发明的实施例不仅可用于横向型M0SFET，而且还可用于具有欧姆电极的碳化硅半导体器件，诸如垂直型MOSFET、MESFET或IGBT。本文公开的这些实施例和实例在任何方面都是示例性和非限制性的。本发明的范围由权利要求术语来限制，而不是受上述实施例的限制，并且旨在包括与权利要求术语等价的范围和含义内的任何修改。工业应用性本发明作为能够提供包括欧姆电极的碳化硅半导体器件以通过防止沉积碳以便不形成肖特基接触而使布线能更好粘附性的技术是尤其优异的。附图标记列表10、20、95 :SiC 衬底;10A、10B、10C、IOD :堆叠结构；11 SiC 层;11A、11B、12A、12B、
13B :欧姆电极；12 :第一金属层;13、27 Si层；14 :第二金属层；15 Si金属层；21 :n_型外延层；22 p+型外延层；23 A1离子注入区；24 :场氧化物膜；25 =Ti薄膜；26 A1薄膜；31 型外延层；32 :n+型外延层；33 :源区；34 :栅区；35 :漏区；36 =Ni薄膜；37 :W薄膜；41 :含碳硅化物层；42、43 :硅化物层；44 :上部硅化物层；51、52、53、98 :电极；94 =Ni-Si合金层；95A 电子器件；96 :布线；97 :碳；99 =SiC半导体衬底；99A =SiC半导体器件；100 pn 二极管；200 =RESURF-JFET ；300 :横向型 MOSFET
权利要求
1.一种制造具有欧姆电极的碳化硅半导体器件的方法，包括如下步骤 形成由碳化娃制成的SiC层(11) (S20)； 在所述SiC层(11)的一个主表面上形成第一金属层(12) (S30),所述第一金属层(12)由一个第一金属兀素制成并且不含有碳原子； 在所述第一金属层(12)的与其面对所述SiC层(11)的表面相反的表面上形成Si层(13，15，27) (S40)，所述Si层(13，15，27)由硅制成并且不含有碳原子；以及 对所述SiC层(11)、所述第一金属层(12)和所述Si层(13)进行热处理以形成欧姆电极(S50)。
2.根据权利要求I所述的制造碳化硅半导体器件的方法，还包括如下步骤 在所述热处理的步骤(S50)之前，在所述SiC层(13)的与其面对所述第一金属层(12)的表面相反的表面上形成第二金属层(14) (S45),所述第二金属层(14)由一个第二金属兀素制成并且不含有碳原子。
3.根据权利要求2所述的制造碳化硅半导体器件的方法，其中， 所述第二金属元素(14)是从由钛、铝和铬组成的组中选择的一个元素。
4.根据权利要求I所述的制造碳化硅半导体器件的方法，其中， 在所述热处理的步骤(S50)中，在所述SiC层(11)的所述一个主表面上形成含碳硅化物层(41),所述含碳娃化物层(41)由所述一个第一金属兀素和娃的合金制成并且含有碳原子。
5.根据权利要求I所述的制造碳化硅半导体器件的方法，其中， 所述第一金属元素是从由镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一个元素。
6.一种制造具有欧姆电极的碳化硅半导体器件的方法，包括如下步骤 形成由碳化娃制成的SiC层(11) (S20)； 在所述SiC层(11)的一个主表面上形成第一金属层(12),所述第一金属层(12)由一个第一金属元素制成并且不含有碳原子； 在所述第一金属层(12)的与其面对所述SiC层(11)的表面相反的表面上形成Si金属层(15)，所述Si金属层(15)由硅和所述一个第一金属元素制成并且不含有碳原子；以及 对所述SiC层(11)、所述第一金属层(12)和所述Si金属层(15)进行热处理以形成欧姆电极。
7.根据权利要求6所述的制造碳化硅半导体器件的方法，还包括如下步骤 在所述热处理的步骤之前，在所述Si金属层(15)的与其面对所述第一金属层(12)的表面相反的表面上形成第二金属层(14),所述第二金属层(14)由一个第二金属兀素制成并且不含有碳原子。
8.根据权利要求7所述的制造碳化硅半导体器件的方法，其中， 所述第二金属元素是从由钛、铝和铬组成的组中选择的一个元素。
9.根据权利要求6所述的制造碳化硅半导体器件的方法，其中， 在所述热处理的步骤中，在所述SiC层(11)的所述一个主表面上形成含碳硅化物层，所述含碳娃化物层由所述一个第一金属兀素和娃的合金制成的并且含有碳原子。
10.根据权利要求6所述的制造碳化硅半导体器件的方法，其中，所述第一金属元素是从由镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一个元素。
11.一种碳化娃半导体器件，包括 SiC层(11)，所述SiC层(11)由碳化硅制成；以及 硅化物层(41，43)，所述硅化物层(41，43)设置在所述SiC层(11)的一个主表面上，所述娃化物层(41,43)由一个第一金属兀素和娃的合金制成,并且在与所述娃化物层(41,43)的面对所述SiC层(11)的表面相反的该硅化物层(41，43)的表面层不含有碳原子， 所述SiC层(11)和所述硅化物层(41，43)彼此形成欧姆接触。
12.根据权利要求11所述的碳化硅半导体器件，还包括上部硅化物层(44)，所述上部硅化物层形成在所述硅化物层(41，43)的所述表面层上，所述上部硅化物层由一个第二金 属元素和硅的合金制成，并且在与所述上部硅化物层的面对所述硅化物层(41，43)的表面相反的该上部硅化物层的表面层不含有碳原子。
13.根据权利要求12所述的碳化硅半导体器件，其中， 所述第二金属元素是从由钛、铝和铬组成的组中选择的一个元素。
14.根据权利要求11所述的碳化硅半导体器件，其中， 所述第一金属元素是从由镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一个元素。
15.—种碳化娃半导体器件,包括 SiC层(11)，所述SiC层(11)由碳化硅制成；以及 含碳硅化物层(41)，所述含碳硅化物层(41)被设置在所述SiC层(11)的一个主表面上，所述含碳娃化物层(41)由一个第一金属兀素和娃的合金制成并且含有碳原子； 硅化物层(43)，所述硅化物层(43)被设置在相对于所述含碳硅化物层(41)的面对所述SiC层的表面的、所述含碳硅化物层(41)的相反主表面上，所述硅化物层(43)由所述一个第一金属兀素和娃的合金制成，并且在与所述娃化物层(43)的面对所述含碳娃化物层(41)的表面相反的、所述硅化物层(43)的表面层不含有碳原子， 所述SiC层(11)和所述含碳硅化物层(41)彼此形成欧姆接触。
16.根据权利要求15所述的碳化硅半导体器件，还包括上部硅化物层(44)，所述上部硅化物层(44)形成在所述硅化物层(43)的所述表面层上，所述上部硅化物层(44)由一个第二金属元素和硅的合金制成，并且在与所述上部硅化物层(44)的面对所述硅化物层(43)的表面相反的所述上部硅化物层(44)的表面层不含有碳原子。
17.根据权利要求16所述的碳化硅半导体器件，其中， 所述第二金属元素是从由钛、铝和铬组成的组中选择的一个元素。
18.根据权利要求15所述的碳化硅半导体器件，其中， 所述第一金属元素是从由镍、钛、铝、钼、钨和钯组成的组中选择的一个元素。
全文摘要
本发明提供了包括欧姆电极的碳化硅半导体器件以及制造这种碳化硅半导体器件的方法，所述欧姆电极通过在不形成肖特基接触的情况下抑制碳沉积来实现与布线的粘附性的提高。具体地，在针对SiC半导体器件形成欧姆电极时，在SiC层(11)的一个主表面上形成由第一金属元素形成的第一金属层(12)。其间，在第一金属层的表面上形成由Si形成的Si层(13)，所述表面位于面对SiC层(11)的表面的相反侧上。由此形成的层压结构(10A)经受热处理。因此，可以在抑制电极的表面层上沉积碳原子以及在Si和SiC之间形成肖特基接触的同时得到包括具有与布线的良好粘附性的欧姆电极的碳化硅半导体器件。
文档编号H01L29/78GK102859661SQ201080040910
公开日2013年1月2日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者玉祖秀人 申请人:住友电气工业株式会社