在電阻值的波動(dòng)。
[0034]構(gòu)成多層金屬層14的各層的排列順序不特別限定。另外，構(gòu)成多層金屬層14的層的數(shù)量不特別限定。通常，半導(dǎo)體元件12由Si形成。但是，當(dāng)使半導(dǎo)體元件12作為高頻元件起作用時(shí)，例如，可以由GaN等氮化物化合物半導(dǎo)體形成半導(dǎo)體元件12。此外，上述的變形能夠應(yīng)用于下面的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中。
[0035]實(shí)施方式2
[0036]本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法是關(guān)于在實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，作為多層金屬層而采用了 Ti和Al的情況。圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體裝置50的剖面圖。多層金屬層52具有在半導(dǎo)體元件12上形成為第I金屬層的Ti層54、在Ti層54上形成為第2金屬層的Al層56以及在Al層56上形成為第3金屬層的Ti層58。
[0037]作為第I金屬層的Ti層54和作為第3金屬層的Ti層58由相同的材料形成。Ti層54、58的熔點(diǎn)是1668°C，Al層56的熔點(diǎn)是660°C。Ti層54、58與Al層56不具有共晶點(diǎn)。下面，說(shuō)明半導(dǎo)體裝置50的制造方法。
[0038]首先，分別針對(duì)在晶片上形成的多個(gè)半導(dǎo)體元件形成上多層金屬層52。然后，將晶片放入退火爐。然后，對(duì)晶片實(shí)施熱處理。一邊參照?qǐng)D6，一邊對(duì)熱處理進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)第I升溫工序(期間Pl)進(jìn)行說(shuō)明。多層金屬層52的各層的熔點(diǎn)中最低的熔點(diǎn)即最低熔點(diǎn)是660°C。第I溫度范圍是從比最低熔點(diǎn)低100°C的溫度(560°C )至最低熔點(diǎn)(660°C )的范圍。在第I升溫工序中，使?fàn)t內(nèi)溫度升溫至第I溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度(560 °C?660 °C )。
[0039]然后，在溫度維持工序(期間P2)中，將第I溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度(560°C?6600C )維持30秒至150秒。然后，在第2升溫工序(期間P3)中，使?fàn)t內(nèi)溫度升溫至比多層金屬層52的各層的熔點(diǎn)中最高的熔點(diǎn)即最高熔點(diǎn)(1668°C)低而比最低熔點(diǎn)(660°C)高的第2溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度。在第2升溫工序中的升溫速度是5°C /秒至20 °C /秒。此夕卜，在本發(fā)明的實(shí)施方式2中，將爐內(nèi)溫度升溫至第2溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度即750V?950。。。
[0040]然后，在退火工序(期間P4)中，將第2溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度即750°C?950°C維持30秒至150秒，由多層金屬層52形成歐姆電極。最后，通過(guò)冷卻工序(期間P5)將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫左右。
[0041]Ti與Al的熔點(diǎn)差非常大，超過(guò)1000°C。因此，在由Ti和Al形成多層金屬層52的情況下，易于在晶片中心部與晶片外周部之間產(chǎn)生溫度差。例如，如果使包含Ti和Al的多層金屬層從室溫一直上升至退火工序的溫度(例如900°C )而進(jìn)行退火，則出現(xiàn)滑移線，或者使化合物半導(dǎo)體的組成變得不均勻，或者產(chǎn)生晶片的翹曲。這些全部都是使接觸電阻值的晶片面內(nèi)均一性惡化的原因。
[0042]在本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在維持560°C?660°C的溫度的溫度維持工序中，認(rèn)為發(fā)生了下述相互擴(kuò)散，即，Al層56的Al向Ti層54、58擴(kuò)散，Ti層54、58的Ti向Al層56擴(kuò)散。通過(guò)該相互擴(kuò)散，Ti層54、58的熔點(diǎn)變?yōu)楸?668°C低，Al層56的熔點(diǎn)變?yōu)楸?60°C高。即，熔點(diǎn)差變小。因此，能夠減小晶片面內(nèi)的溫度波動(dòng)。
[0043]對(duì)于溫度維持工序，如果將該時(shí)間設(shè)為比30秒短或者比150秒長(zhǎng)，則接觸電阻值的晶片面內(nèi)均一性不但得不到改善，反而發(fā)生劣化，因此，將該時(shí)間設(shè)定為30秒至150秒。認(rèn)為通過(guò)將溫度維持工序設(shè)為大于或等于30秒，從而使得Ti與Al充分地相互擴(kuò)散。在將溫度維持工序設(shè)為比150秒長(zhǎng)的情況下的機(jī)理不明。
[0044]在第2升溫工序中，通過(guò)將升溫速度設(shè)為5°C /秒至20°C /秒，從而能夠在保持晶片面內(nèi)的溫度均一性的狀態(tài)下進(jìn)行升溫。由此，在保持晶片面內(nèi)的溫度均一性的狀態(tài)下能夠通過(guò)退火工序，使半導(dǎo)體元件與多層金屬層的合金化反應(yīng)行進(jìn)。
[0045]認(rèn)為在第2升溫工序中，如果將升溫速度設(shè)為小于5°C /秒，則在升溫中會(huì)發(fā)生退火爐內(nèi)的雜質(zhì)(殘留的氧或者水分等)導(dǎo)入至電極材料中的問(wèn)題。另一方面，認(rèn)為如果將升溫溫度設(shè)為大于20°C /秒，則無(wú)法保持升溫時(shí)的晶片面內(nèi)的溫度均一性。
[0046]在退火工序中，優(yōu)選將處理時(shí)間設(shè)為30秒至150秒。在比30秒短的時(shí)間下，半導(dǎo)體元件與多層金屬層的合金化反應(yīng)進(jìn)行的不充分。另外，在比150秒長(zhǎng)的時(shí)間下，推定出晶片面內(nèi)的溫度變?yōu)椴痪唬敿?xì)情況不明。
[0047]本發(fā)明的重要點(diǎn)在于，在退火工序之前實(shí)施溫度維持工序。在溫度維持工序中，使多層金屬層的各層的成分?jǐn)U散而減小它們之間的熔點(diǎn)差，提高晶片面內(nèi)的溫度均一性。而且，為了充分減小該熔點(diǎn)差，溫度維持工序的時(shí)間設(shè)為大于或等于30秒而小于或等于150秒。以不損失由此得到的晶片面內(nèi)的溫度均一性的方式實(shí)施第2升溫工序，實(shí)施退火工序。只要不喪失該特征，能夠進(jìn)行各種變形。
[0048]在實(shí)施方式2中，作為構(gòu)成多層金屬層的層而采用Ti層和Al層，但本發(fā)明并不限定于此。如果構(gòu)成多層金屬層的各層的熔點(diǎn)存在差值，則能夠通過(guò)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法提高晶片面內(nèi)的溫度均一性，提高接觸電阻值的晶片面內(nèi)均一性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具有: 分別針對(duì)在晶片上形成的多個(gè)半導(dǎo)體元件形成多層金屬層的工序； 將所述晶片放入退火爐的工序； 第I升溫工序，在該工序中，使所述退火爐的爐內(nèi)溫度升溫至從比所述多層金屬層的各層的熔點(diǎn)中最低的熔點(diǎn)即最低熔點(diǎn)低100°c的溫度至所述最低熔點(diǎn)為止的第I溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度； 溫度維持工序，在該工序中，在所述第I升溫工序之后，將所述第I溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度維持30秒至150秒； 第2升溫工序，在該工序中，在所述溫度維持工序之后，使所述爐內(nèi)溫度以5°C /秒至20°C /秒的升溫速度，升溫至比所述多層金屬層的各層的熔點(diǎn)中最高的熔點(diǎn)即最高熔點(diǎn)低而比所述最低熔點(diǎn)高的第2溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度；以及 退火工序，在該工序中，在所述第2升溫工序之后，將所述第2溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度維持30秒至150秒，由所述多層金屬層形成歐姆電極， 所述多層金屬層在比所述最高熔點(diǎn)低的溫度下不具有共晶點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述多層金屬具有在所述半導(dǎo)體元件上形成的第I金屬層、在所述第I金屬層上形成的第2金屬層、以及在所述第2金屬層上由與所述第I金屬層相同的材料形成的第3金屬層O
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述第I金屬層和所述第3金屬層由Ti形成， 所述第2金屬層由Al形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件由氮化物化合物半導(dǎo)體形成。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種使半導(dǎo)體元件與歐姆電極之間的接觸電阻值的晶片面內(nèi)均一性提高的半導(dǎo)體裝置的制造方法。在將多層金屬層退火而形成歐姆電極的退火工序之前的升溫過(guò)程中，設(shè)置將第1溫度范圍的范圍內(nèi)的溫度維持30秒至150秒的溫度維持工序。第1溫度范圍是從比該多層金屬層的各層的熔點(diǎn)中最低的熔點(diǎn)即最低熔點(diǎn)低100℃的溫度至該最低熔點(diǎn)為止的范圍內(nèi)的溫度。在溫度維持工序之后，用于進(jìn)入退火工序的升溫，以不損害通過(guò)該溫度維持工序形成的晶片面內(nèi)的溫度均一性的方式，以5℃/秒至20℃/秒的升溫速度，將爐內(nèi)溫度升溫。
【IPC分類】H01L21-324
【公開(kāi)號(hào)】CN104716037
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410787643
【發(fā)明人】花卷吉彥
【申請(qǐng)人】三菱電機(jī)株式會(huì)社
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日
【公告號(hào)】DE102014221633A1, US20150170921