本發(fā)明涉及一種在碳化硅(SiC)基板上形成歐姆電極的半導(dǎo)體元件的制造方法。

背景技術(shù)：

作為半導(dǎo)體功率器件用的半導(dǎo)體材料，帶隙比硅的帶隙更寬的SiC受到關(guān)注。使用了SiC的肖特基勢壘二極管、MOSFET、JFET等功率半導(dǎo)體器件得到實用化。與Si相比，SiC難以制作缺陷較少的晶片。因此，形成于SiC晶片上的缺陷較少的外延層用作漂移層。外延層的厚度根據(jù)所需要的耐壓而被設(shè)定。與使用Si時相比，在使用SiC作為漂移層的情況下，以約1/10的厚度即可確保相同的耐壓。例如，利用由厚度為10μm的SiC構(gòu)成的外延層，能夠確保與厚度為100μm的Si晶片相同程度的耐壓。

在肖特基勢壘二極管中，在外延層的表面形成陽極。在開關(guān)元件中，在外延層的表面形成具有開關(guān)功能的元件結(jié)構(gòu)。作為外延層的基底的SiC晶片作為外延層的支承基板而發(fā)揮作用。為了降低通電損失，優(yōu)選將SiC晶片設(shè)為較薄。若在外延層的表面形成元件結(jié)構(gòu)之前將SiC晶片設(shè)為較薄，則由于工藝中的破損或翹曲，難以形成元件結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)選在外延層的表面形成元件結(jié)構(gòu)之后磨削SiC晶片而使其變薄。

在變薄的SiC晶片的背側(cè)的表面形成歐姆電極。若在形成歐姆電極時應(yīng)用激光退火，則與通過電爐進(jìn)行退火的情況相比，能夠減少對形成于前側(cè)的表面上的元件結(jié)構(gòu)的熱影響。作為歐姆電極，使用硅化鎳等金屬硅化物。

在下述專利文獻(xiàn)1中公開有一種在SiC基板上形成硅化鎳及硅化鈦的方法。在專利文獻(xiàn)1所公開的方法中，通過對形成于SiC基板上的鎳膜或鈦膜以不使其熔融的條件進(jìn)行激光退火，從而形成歐姆電極。

以往技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2014-123589號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)課題

由于鎳(Ni)的熔點比鈦(Ti)的熔點低，因此若使Ni膜與SiC基板之間的界面的溫度上升至Ni的硅化反應(yīng)溫度，則Ni膜的表面溫度會上升至熔點附近。找出不使鎳膜的表面熔融且使鎳膜與SiC基板之間的界面的溫度成為Ni的硅化反應(yīng)溫度以上的退火條件是困難的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在SiC基板上形成Ti硅化物膜時，若將脈沖寬度設(shè)為過短，則有時無法以不使Ti膜熔融的條件形成Ti硅化物膜。

本發(fā)明的目的在于提供一種在不使形成于SiC基板上的金屬膜熔融即可形成金屬硅化物膜的激光退火條件下進(jìn)行退火，從而制造半導(dǎo)體元件的方法。

用于解決技術(shù)課題的手段

根據(jù)本發(fā)明的一種觀點，提供一種半導(dǎo)體元件的制造方法，該方法具有：

在由碳化硅制成的基板的第1表面上形成含有選自由鈦、鎢、鉬及鉻構(gòu)成的組中的至少一種金屬的金屬膜的工序；及

對所述金屬膜照射波長為330nm～370nm范圍內(nèi)的脈沖激光束，使得在所述基板與所述金屬膜之間的界面產(chǎn)生硅化反應(yīng)，從而形成金屬硅化物膜的工序，

所述金屬膜的厚度為30nm以上，所述脈沖激光束的脈沖寬度在20ns～200ns的范圍內(nèi)，并且以滿足如下條件的方式選擇能量密度，即所述金屬膜的表面的最高到達(dá)溫度不超過所述金屬膜的熔點且所述金屬膜與所述基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為所述金屬膜的硅化反應(yīng)溫度以上。

發(fā)明效果

從上述激光退火條件的范圍中能夠輕松地找出不使金屬膜熔融即可形成金屬硅化物膜的適當(dāng)?shù)耐嘶饤l件。

附圖說明

圖1A～圖1D為基于實施例的半導(dǎo)體元件的制造方法的制造中途階段的基板的剖視圖。

圖EA～圖1F為基于實施例的半導(dǎo)體元件的制造方法的制造中途階段的基板的剖視圖。

圖2為表示在使用厚度為100nm的Ti膜作為金屬膜的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜與基板之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖3A～圖3D分別為在能量密度為1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²及1.8J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火之后的基板的剖面及表面的SEM照片。

圖4為表示將與圖2的模擬試驗相同的試樣為模擬試驗對象并進(jìn)行金屬膜的表面的溫度變化的模擬試驗的結(jié)果的圖表。

圖5為在能量密度為2.0J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火之后的基板的剖面的TEM照片。

圖6A及圖6B為表示在波長為355nm、Ti膜的厚度為70nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖6C及圖6D為表示在波長為355nm、Ti膜的厚度為70nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖7為表示使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖8A及圖8B為表示在Ti膜的厚度為100nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖8C及圖8D為表示在Ti膜的厚度為100nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖9為表示在Ti膜的厚度為100nm時的、使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖10A及圖10B為表示在Ti膜的厚度為150nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖10C及圖10D為表示在Ti膜的厚度為150nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖11為表示在Ti膜的厚度為150nm時的、使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖12A及圖12B為表示在Ti膜的厚度為30nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖12C及圖12D為表示在Ti膜的厚度為30nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖13為表示在Ti膜的厚度為30nm時的、使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖14為表示在使用厚度為100nm的鎢(W)膜作為金屬膜的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜與基板之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖15為表示在W膜的厚度為70nm時的、使W膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為W的硅化反應(yīng)溫度以上且不使W膜的表面的最高到達(dá)溫度超過W的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖16為表示在W膜的厚度為100nm時的、使W膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為W的硅化反應(yīng)溫度以上且不使W膜的表面的最高到達(dá)溫度超過W的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖17為表示在W膜的厚度為150nm時的、使W膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為W的硅化反應(yīng)溫度以上且不使W膜的表面的最高到達(dá)溫度超過W的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖18為表示在使用厚度為100nm的鉬(Mo)膜作為金屬膜的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜與基板之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖19為表示在Mo膜的厚度為70nm時的、使Mo膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Mo的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Mo膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Mo的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖20為表示在Mo膜的厚度為100nm時的、使Mo膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Mo的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Mo膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Mo的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖20為表示在Mo膜的厚度為150nm時的、使Mo膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Mo的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Mo膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Mo的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖22為表示在使用厚度為100nm的鉻(Cr)膜作為金屬膜的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜與基板之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果的圖表。

圖23為表示在Cr膜的厚度為70nm時的、使Cr膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Cr的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Cr膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Cr的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖24為表示在Cr膜的厚度為100nm時的、使Cr膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Cr的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Cr膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Cr的熔點的退火條件的范圍的圖表。

圖25為表示在Cr膜的厚度為150nm時的、使Cr膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Cr的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Cr膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Cr的熔點的退火條件的范圍的圖表。

具體實施方式

參考圖1A～圖1F，對基于實施例的半導(dǎo)體元件的制造方法進(jìn)行說明。

如圖1A所示，通過使n型SiC在由n型SiC制成的基板的表面外延生長，從而形成由SiC制成的基板10。基板10例如可以使用4H-SiC、6H-SiC及3C-SiC。在外延層的表層部通過離子注入而形成p型防護(hù)環(huán)11。將與形成有防護(hù)環(huán)11的表面相反一側(cè)的表面稱為“第1表面”10A，將形成有防護(hù)環(huán)11的表面稱為“第2表面”10B。如圖1B所示，在第2表面10B形成由氧化硅構(gòu)成的絕緣膜12。在絕緣膜12形成有使被防護(hù)環(huán)11包圍的區(qū)域露出的開口。

如圖1C所示，在從形成于絕緣膜12的開口的底面露出的基板10的表面上形成肖特基電極13。作為一例，在形成鈦膜之后進(jìn)行熱処理，從而實現(xiàn)肖特基接觸。在肖特基電極13之上形成表面電極14。表面電極14例如使用鋁。將防護(hù)環(huán)11、肖特基電極13及表面電極14統(tǒng)稱為元件結(jié)構(gòu)15。

如圖1D所示，通過從第1表面10A磨削基板10，從而使基板10變薄。如圖1E所示，在基板10的第1表面10A形成金屬膜16。金屬膜16例如使用鈦(Ti)、鎢(W)、鉬(Mo)及鉻(Cr)等。

如圖1F所示，對金屬膜16照射脈沖激光束20，從而進(jìn)行激光退火。脈沖激光束20的射束分布為頂部平坦。使脈沖激光束20的入射區(qū)域在金屬膜16的表面內(nèi)移動(掃描)的同時進(jìn)行該激光退火。入射區(qū)域的重疊率例如設(shè)為50％～90％。通過該激光退火，金屬膜16被硅化，從而形成金屬硅化物膜17。該激光退火在不使金屬膜16熔融的條件下進(jìn)行。以下，將在不使金屬膜16熔融的條件下產(chǎn)生硅化反應(yīng)的條件稱為“非熔融硅化條件”。

圖2中示出在使用厚度為100nm的鈦(Ti)膜作為金屬膜16(圖1E)的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜16與基板10之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果。橫軸以單位“ns”表示自激光脈沖的上升時刻的經(jīng)過時間，縱軸以單位“K”表示金屬膜16與基板10之間的界面的溫度。圖2中的曲線從下朝上依次表示在金屬膜16的表面上的能量密度為1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.0J/cm²、2.5J/cm²及3.0J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火時的溫度變化。Ti的硅化反應(yīng)溫度RT為1603K，Ti的熔點MT為1941K。Ti的沸點為3560K，其在圖2的圖表的縱軸的范圍之外。脈沖激光束的波長及脈沖寬度分別設(shè)為355nm及50ns。

由圖2可知，在能量密度為1.4J/cm²以上的條件下，界面的最高到達(dá)溫度超過硅化反應(yīng)溫度RT。因此，推測在能量密度為1.4J/cm²以上的條件下進(jìn)行退火而形成Ti硅化物膜。若在能量密度為2.5J/cm²以上的條件下進(jìn)行退火，則界面的最高到達(dá)溫度會超過熔點MT，因此推測Ti膜的厚度方向上的整個區(qū)域會被熔融。

在圖3A～圖3D中分別示出在能量密度為1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²及1.8J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火之后的基板的剖面及表面的SEM照片。在圖3A中并未觀察到Ti硅化物的晶粒，在基板10上殘留有Ti膜27a。這意味著未產(chǎn)生硅化反應(yīng)。圖3B、圖3C及圖3D中分別形成有厚度130nm、160nm及190nm的Ti硅化物膜27。該實驗結(jié)果與圖2所示的模擬試驗結(jié)果匹配。

圖4中示出在與圖2的模擬試驗相同的條件下進(jìn)行了模擬試驗時的金屬膜16的表面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果。橫軸以單位“ns”表示自激光脈沖的上升時刻的經(jīng)過時間，縱軸以單位“K”表示Ti膜的表面的溫度。與圖2相同，圖4的曲線從下朝上依次表示在金屬膜16的表面上的能量密度為1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.0J/cm²、2.5J/cm²及3.0J/cm²的條件下照射激光時的溫度變化。

由圖4可知，若在能量密度為2.0J/cm²以上的條件下進(jìn)行退火，則Ti膜的表面的溫度會超過熔點MT，Ti膜會被熔融。只要是能量密度為1.8J/cm²以下的條件，則Ti膜不會被熔融。

圖5中示出在能量密度為2.0J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火之后的基板的剖面的TEM照片。在由SiC制成的基板10的表面形成有Ti硅化物膜27。在Ti硅化物膜27上形成有TEM照片拍攝用保護(hù)膜。由圖5所示的TEM照片可知，Ti硅化物膜27的表面呈波狀。這是因為Ti膜在激光退火時被熔融之后重新固化所致。Ti膜在能量密度為2.0J/cm²的條件下被熔融的情況與圖4所示的模擬試驗結(jié)果匹配。

在能量密度為2.5J/cm²的條件下進(jìn)行了激光退火的結(jié)果，觀察到在所形成的Ti硅化物膜的上表面析出有碳。可以認(rèn)為這是因為碳在熔融狀態(tài)的Ti膜內(nèi)上浮所致。該實驗結(jié)果與在圖2所示的模擬試驗中的能量密度為2.5J/cm²時界面溫度超過Ti的熔點MT的情況匹配。

為了形成表面平坦的Ti硅化物膜27，優(yōu)選以滿足Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度不超過Ti的熔點的條件的方式選擇能量密度。而且，為了在Ti膜與SiC基板之間的界面產(chǎn)生硅化反應(yīng)，優(yōu)選以滿足界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上的條件的方式選擇能量密度。

圖6A～圖6D中分別示出在波長為355nm、Ti膜的厚度為70nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果。橫軸以單位“ns”表示自激光脈沖的上升時刻的經(jīng)過時間，縱軸以單位“K”表示界面的溫度。圖6A、圖6B、圖6C及圖6D分別表示在脈沖激光束的脈沖寬度為20ns、50ns、100n及200ns的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。

圖6A的圖表中的曲線從下朝上依次表示在0.6J/cm²、0.8J/cm²、1.0J/cm²、1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²及1.8J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖6B的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.0J/cm²、2.5J/cm²及3.0J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖6C的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.2J/cm²、2.6J/cm²、3.0J/cm²及3.4J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖6D的圖表中的曲線從下朝上依次表示在2.2J/cm²、2.4J/cm²、2.6J/cm²、3.0J/cm²、3.4J/cm²、3.8J/cm²及4.2J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。

根據(jù)圖6A～圖6D中所示的模擬試驗結(jié)果，可以求出使界面的最高到達(dá)溫度與Ti的硅化反應(yīng)溫度RT相等的能量密度的條件。例如，在脈沖寬度為20ns、50ns、100ns及200ns的條件下，如圖6A～圖6D所示，在能量密度為約0.8J/cm²、1.3J/cm²、約1.6J/cm²及約2.4J/cm²時，界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上。

在圖6A～圖6D中示出了Ti膜與SiC基板之間的界面溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果?？梢栽谙嗤瑮l件下通過模擬試驗求出Ti膜的表面溫度的時間變化。根據(jù)該模擬試驗結(jié)果，可以求出Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度不超過Ti的熔點的能量密度的條件。

在圖7中示出使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍。橫軸以單位“ns”表示脈沖寬度，縱軸以單位“J/cm²”表示能量密度。在圖7中的比實線a更靠左上側(cè)的區(qū)域，Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上。在圖7中的比實線b更靠右下側(cè)的區(qū)域，Ti膜的表面溫度不超過Ti的熔點。因此，實線a與實線b之間的斜線區(qū)域內(nèi)的脈沖寬度及能量密度滿足非熔融硅化條件。至少可以在脈沖寬度為20ns～200ns的范圍內(nèi)選擇滿足該條件的能量密度。

圖8A～圖8D中分別示出在Ti膜的厚度為100nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果。圖8A～圖8D所示的模擬試驗中的波長及脈沖寬度的條件分別與圖6A～圖6D所示的模擬試驗中的波長及脈沖寬度的條件相同。

圖8A的圖表中的曲線從下朝上依次表示在0.6J/cm²、0.8J/cm²、1.0J/cm²、1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²及1.8J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖8B的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.0J/cm²、2.5J/cm²及3.0J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖8C的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.2J/cm²、2.6J/cm²、3.0J/cm²及3.4J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖8D的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.8J/cm²、2.2J/cm²、2.6J/cm²、3.0J/cm²、3.4J/cm²、3.8J/cm²及4.2J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。

根據(jù)圖8A～圖8D中所示的模擬試驗結(jié)果，可以求出使界面的最高到達(dá)溫度與Ti的硅化反應(yīng)溫度相等的能量密度的條件。例如，在脈沖寬度為20ns、50ns、100ns及200ns的條件下，如圖8A～圖8D所示，在能量密度為約1.2J/cm²、約1.3J/cm²、約1.7J/cm²及約2.4J/cm²時，界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上。

圖9中示出在Ti膜的厚度為100nm時的、使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍。圖9中的橫軸、縱軸、實線a及實線b分別具有與圖7的橫軸、縱軸、實線a及實線b相同的意義。在Ti膜的厚度為100nm時，實線a與實線b之間的斜線區(qū)域內(nèi)的脈沖寬度及能量密度滿足非熔融硅化條件。至少可以在脈沖寬度為20ns～200ns的范圍內(nèi)選擇滿足該條件的能量密度。在脈沖寬度短于20ns時，不存在滿足非熔融硅化條件的能量密度。

圖10A～圖10D中分別示出在Ti膜的厚度為150nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果。圖10A～圖10D所示的模擬試驗中的波長及脈沖寬度的條件分別與圖6A～圖6D所示的模擬試驗中的波長及脈沖寬度的條件相同。

圖10A的圖表中的曲線從下朝上依次表示在0.6J/cm²、0.8J/cm²、1.0J/cm²、1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²及1.8J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖10B的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.2J/cm²、1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.0J/cm²、2.5J/cm²及3.0J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖10C的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.4J/cm²、1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.2J/cm²、2.6J/cm²、3.0J/cm²及3.4J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖10D的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.8J/cm²、2.2J/cm²、2.6J/cm²、3.0J/cm²、3.4J/cm²、3.8J/cm²及4.2J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。

根據(jù)圖10A～圖10D中所示的模擬試驗結(jié)果，可以求出使界面的最高到達(dá)溫度與Ti的硅化反應(yīng)溫度相等的能量密度的條件。例如，在脈沖寬度為20ns、50ns、100ns及200ns的條件下，如圖10A～圖10D所示，在能量密度為約1.6J/cm²、約1.8J/cm²、約1.8J/cm²及約2.6J/cm²時，界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上。

圖11中示出在Ti膜的厚度為150nm時的、使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍。圖11中的橫軸、縱軸、實線a及實線b分別具有與圖7的橫軸、縱軸、實線a及實線b相同的意義。在Ti膜的厚度為150nm時，實線a的上方且實線b的下方的斜線區(qū)域內(nèi)的脈沖寬度及能量密度滿足非熔融硅化條件。在脈沖寬度短于50ns時，不存在滿足非熔融硅化條件的能量密度。

根據(jù)圖7、圖9及圖11中所示的模擬試驗結(jié)果，可以導(dǎo)出以下結(jié)論。

Ti膜越厚，滿足非熔融硅化條件的脈沖寬度的下限越長。并且確認(rèn)到，在Ti膜的厚度在70nm～100nm的范圍內(nèi)的情況下，若將脈沖寬度設(shè)為20ns～200ns的范圍內(nèi)，則存在滿足非熔融硅化條件的能量密度。而且還確認(rèn)到，在Ti膜的厚度在100nm～150nm的范圍內(nèi)的情況下，若將脈沖寬度設(shè)為50ns～200ns的范圍內(nèi)，則存在滿足非熔融硅化條件的能量密度。

圖12A～圖12D中分別示出在Ti膜的厚度為30nm的條件下進(jìn)行激光退火時的、Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度的時間變化的模擬試驗結(jié)果。圖12A～圖12D所示的模擬試驗中的波長及脈沖寬度的條件分別與圖6A～圖6D所示的模擬試驗中的波長及脈沖寬度的條件相同。

圖12A的圖表中的曲線從下朝上依次表示在1.6J/cm²、1.8J/cm²、2.0J/cm²、2.2J/cm²、2.4J/cm²、2.6J/cm²及2.8J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖12B的圖表中的曲線從下朝上依次表示在2.4J/cm²、2.6J/cm²、2.8J/cm²、3.0J/cm²、3.2J/cm²、3.4J/cm²及3.6J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖12C的圖表中的曲線從下朝上依次表示在3.4J/cm²、3.8J/cm²、4.2J/cm²、4.6J/cm²、5.0J/cm²、5.4J/cm²及5.8J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。圖12D的圖表中的曲線從下朝上依次表示在5.8J/cm²、6.4J/cm²、7.0J/cm²、7.6J/cm²、8.2J/cm²、8.8J/cm²及9.4J/cm²的條件下進(jìn)行模擬試驗的結(jié)果。

根據(jù)圖12A～圖12D中所示的模擬試驗結(jié)果，可以求出使界面的最高到達(dá)溫度與Ti的硅化反應(yīng)溫度相等的能量密度的條件。例如，在脈沖寬度為20ns、50ns、100ns及200ns的條件下，如圖12A～圖12D所示，在能量密度為約2.0J/cm²、約3.2J/cm²、約4.4J/cm²及約6.1J/cm²時，界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上。

圖13中示出在Ti膜的厚度為30nm時的、使Ti膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Ti的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Ti膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Ti的熔點的退火條件的范圍。圖13中的橫軸、縱軸、實線a及實線b分別具有與圖7的橫軸、縱軸、實線a及實線b相同的意義。在Ti膜的厚度為30nm時，實線a的上方且實線b的下方的斜線區(qū)域內(nèi)的脈沖寬度及能量密度滿足非熔融硅化條件。

但是，由圖13可知，與圖7、圖9及圖11中所示的非熔融硅化條件相比，在脈沖寬度相同的情況下，需要更大的能量密度。這是因為若Ti膜變薄則熱量擴(kuò)散到熱導(dǎo)率比Ti膜的熱導(dǎo)率更高的SiC基板，導(dǎo)致Ti膜與SiC基板之間的界面的溫度難以上升所致。若激光退火中所需要的能量密度變大，則必須準(zhǔn)備高輸出的激光光源。因此，激光退火裝置的成本會變高。為了抑制裝置成本的增加，優(yōu)選將Ti膜的厚度設(shè)為30nm以上，更優(yōu)選設(shè)為70nm以上。

若Ti膜變厚，則為了不讓表面熔融且使界面溫度上升至Ti的硅化反應(yīng)溫度，必須將脈沖寬度設(shè)為較長。一般的Q開關(guān)固體激光的脈沖寬度具有上限，難以將脈沖寬度設(shè)為長于200ns。因此，優(yōu)選將Ti膜的厚度設(shè)為150nm以下。

在上述模擬試驗及實驗中，將脈沖激光束的波長設(shè)為355nm。若脈沖激光束的波長發(fā)生變化，則金屬膜16(圖1E)的表面的反射率也發(fā)生變化。根據(jù)該反射率的變動，能量密度的優(yōu)選范圍也變動。但是，若波長在330nm～370nm的范圍內(nèi)，則可以認(rèn)為能量密度的優(yōu)選范圍幾乎不會變動。作為波長在330nm～370nm的范圍內(nèi)的脈沖激光束，可以舉出固體激光，例如Nd：YAG激光、Nd：YLF激光、Nd：YVO₄激光、Yb：YAG激光、Yb：YLF激光及Yb：YVO₄激光等的三次諧波。

圖14中示出在使用厚度為100nm的鎢(W)膜作為金屬膜16(圖1E)的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜16與基板10之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果。橫軸以單位“ns”表示自激光脈沖的上升時刻的經(jīng)過時間，縱軸以單位“K”表示W(wǎng)膜與SiC基板之間的界面的溫度。圖14中的曲線從下朝上依次表示在W膜的表面上的能量密度為1.6J/cm²、1.8J/cm²及2.0J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火時的溫度變化。W的硅化反應(yīng)溫度RT依賴于W與Si的組成比，但為了產(chǎn)生硅化反應(yīng)需要2283K以上的溫度。W的熔點為3695K。脈沖激光束的波長及脈沖寬度分別設(shè)為355nm及50ns。

由圖14可知，若將能量密度設(shè)為大于1.8J/cm²，則W膜與SiC基板之間的界面的溫度會超過W的硅化反應(yīng)溫度RT。在該條件下模擬了W膜的表面溫度的結(jié)果，得知W膜的表面溫度未超過W的熔點。在使用W作為金屬膜16(圖1E)的情況下，也存在使界面的溫度超過硅化反應(yīng)溫度且不使表面溫度超過熔點的激光退火條件。

圖15、圖16及圖17中示出在W膜的厚度分別為70nm、100nm及150nm時的、使W膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為W的硅化反應(yīng)溫度以上且不使W膜的表面的最高到達(dá)溫度超過W的熔點的退火條件的范圍。圖15～圖17中的橫軸、縱軸、實線a及實線b分別具有與圖7的橫軸、縱軸、實線a及實線b相同的意義。由圖15～圖17可知，在W膜的厚度為70nm～150nm的范圍時，存在滿足非熔融硅化條件的退火條件。

圖18中示出在使用厚度為100nm的鉬(Mo)膜作為金屬膜16(圖1E)的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜16與基板10之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果。橫軸以單位“ns”表示自激光脈沖的上升時刻的經(jīng)過時間，縱軸以單位“K”表示Mo膜與SiC基板之間的界面的溫度。圖18中的曲線從下朝上依次表示在Mo膜的表面上的能量密度為1.8J/cm²、2.0J/cm²及2.2J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火時的溫度變化。Mo的硅化反應(yīng)溫度RT依賴于Mo與Si的組成比，但為了產(chǎn)生硅化反應(yīng)需要2173K以上的溫度。Mo的熔點為2896K。脈沖激光束的波長及脈沖寬度分別設(shè)為355nm及50ns。

由圖18可知，若將能量密度設(shè)為大于2.0J/cm²，則Mo膜與SiC基板之間的界面的溫度會超過Mo的硅化反應(yīng)溫度RT。在該條件下模擬了Mo膜的表面溫度的結(jié)果，得知Mo膜的表面溫度未超過W的熔點。在使用Mo作為金屬膜16(圖1E)的情況下，也存在使界面的溫度超過硅化反應(yīng)溫度且不使表面溫度超過熔點的激光退火條件。

圖19、圖20及圖21中示出在Mo膜的厚度分別為70nm、100nm及150nm時的、使Mo膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Mo的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Mo膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Mo的熔點的退火條件的范圍。圖19～圖21中的橫軸、縱軸、實線a及實線b分別具有與圖7的橫軸、縱軸、實線a及實線b相同的意義。由圖19～圖21可知，在Mo膜的厚度為70nm～150nm的范圍時，存在滿足非熔融硅化條件的退火條件。

圖22中示出在使用厚度為100nm的鉻(Cr)膜作為金屬膜16(圖1E)的情況下進(jìn)行激光退火時的金屬膜16與基板10之間的界面的溫度變化的模擬試驗結(jié)果。橫軸以單位“ns”表示自激光脈沖的上升時刻的經(jīng)過時間，縱軸以單位“K”表示Cr膜與SiC基板之間的界面的溫度。圖22中的曲線從下朝下依次表示在Cr膜的表面上的能量密度為2.0J/cm²、2.2J/cm²及2.4J/cm²的條件下進(jìn)行激光退火時的溫度變化。Cr的硅化反應(yīng)溫度RT依賴于Cr與Si的組成比，但為了產(chǎn)生硅化反應(yīng)需要1663K以上的溫度。Cr的熔點為2180K。脈沖激光束的波長及脈沖寬度分別設(shè)為355nm及50ns。

由圖22可知，若將能量密度設(shè)為大于2.2J/cm²，則Cr膜與SiC基板之間的界面的溫度會超過Cr的硅化反應(yīng)溫度RT。在該條件下模擬了Cr膜的表面溫度的結(jié)果，得知Cr膜的表面溫度未超過Cr的熔點。在使用Cr作為金屬膜16(圖1E)的情況下，也存在使界面的溫度超過硅化反應(yīng)溫度且不使表面溫度超過熔點的激光退火條件。

圖23、圖24及圖25中示出在Cr膜的厚度分別為70nm、100nm及150nm時的、使Cr膜與SiC基板之間的界面的最高到達(dá)溫度成為Cr的硅化反應(yīng)溫度以上且不使Cr膜的表面的最高到達(dá)溫度超過Cr的熔點的退火條件的范圍。圖23～圖25中的橫軸、縱軸、實線a及實線b分別具有與圖7的橫軸、縱軸、實線a及實線b相同的意義。由圖23～圖25可知，在Cr膜的厚度為70nm～150nm的范圍時，存在滿足非熔融硅化條件的退火條件。

如圖14～圖25所示，可以使用W、Mo或Cr作為金屬膜16(圖1E)。此時，也與使用Ti時相同，優(yōu)選將脈沖激光束的波長設(shè)為330nm～370nm的范圍內(nèi)。為了降低熱量向SiC基板的擴(kuò)散，優(yōu)選將W膜、Mo膜及Cr膜的厚度設(shè)為30nm以上，更優(yōu)選設(shè)為70nm以上。

在金屬膜16(圖1E)使用W、Mo、或Cr時，也與使用Ti膜時相同，優(yōu)選從20ns～200ns的范圍內(nèi)選擇脈沖激光束的脈沖寬度。只要在該脈沖寬度的范圍內(nèi)選擇不使金屬膜16(圖1E)的表面的最高到達(dá)溫度超過金屬膜16的熔點且使金屬膜16與基板10之間的界面的最高到達(dá)溫度成為金屬膜的硅化反應(yīng)溫度以上的能量密度即可。

以上，根據(jù)實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于這些實施方式。例如，可進(jìn)行各種變更、改良及組合等，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。

符號說明

10-基板，10A-第1表面，10B-第2表面，11-防護(hù)環(huán)，12-絕緣膜，13-肖特基電極，14-表面電極，15-元件結(jié)構(gòu)，16-金屬膜，17-金屬硅化物膜，20-脈沖激光束，27-Ti硅化物膜，27a-Ti膜，MT-熔點，RT-硅化反應(yīng)溫度。