特開 2023-170355 炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置

(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】P2023170355

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20231124BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20231124BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20231124BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652M

H01L29/78 652T

H01L29/78 653A

H01L29/78 658F

H01L21/28 301B

H01L21/28 301R

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022082043

(22)【出願日】2022-05-19

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】藤田 康晴

【テーマコード（参考）】

4M104

【Ｆターム（参考）】

4M104AA03

4M104BB01

4M104BB02

4M104BB04

4M104BB25

4M104CC01

4M104DD08

4M104DD37

4M104DD43

4M104DD79

4M104DD84

4M104FF02

4M104FF04

4M104HH15

(57)【要約】

【課題】オーミックコンタクト電極からのアルミニウムの蒸発を抑制できる炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の上にチタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される金属膜を形成する工程と、前記金属膜を第１温度に保持し、前記チタンと前記アルミニウムとを合金化する工程と、前記合金化する工程の後、前記金属膜を前記第１温度よりも高い第２温度に保持し、前記金属膜の少なくとも一部を前記炭化珪素基板が含む珪素と反応させてシリサイド化する工程と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化珪素基板の上にチタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を第１温度に保持し、前記チタンと前記アルミニウムとを合金化する工程と、
前記合金化する工程の後、前記金属膜を前記第１温度よりも高い第２温度に保持し、前記金属膜の少なくとも一部を前記炭化珪素基板が含む珪素と反応させてシリサイド化する工程と、
を有する、炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記第１温度は３００℃以上７００℃以下であり、
前記第２温度は９００℃以上１０００℃以下である、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記合金化する工程は、前記金属膜のシート抵抗を１０Ω／ｓｑ以上１２Ω／ｓｑ以下に調整することを含み、
前記シリサイド化する工程は、前記金属膜のシート抵抗を３Ω／ｓｑ以上６Ω／ｓｑ以下に調整することを含む、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記合金化する工程は、前記金属膜に不活性ガスを供給する工程を含む、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記金属膜を形成する工程は、前記金属膜に含まれる複数種の金属を含む合金ターゲットを用いるスパッタリング法により前記金属膜を形成する工程を含む、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記金属膜を形成する工程は、
前記炭化珪素基板の上にチタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜の上にアルミニウム膜を形成する工程と、
前記アルミニウム膜の上に珪素膜を形成する工程と、
を有する、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記金属膜を形成する工程は、
前記炭化珪素基板の上にチタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜の上にアルミニウム膜を形成する工程と、
前記アルミニウム膜の上に珪素膜を形成する工程と、
前記珪素膜の上にチタン膜を形成する工程と、
を有する、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記シリサイド化する工程の後に、前記金属膜のシート抵抗を測定する工程を有する、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項9】

炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の上に形成され、チタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される金属膜と、
を備え、
前記金属膜は、
炭化珪素とチタンシリサイド合金とを含む第１領域と、
炭化珪素とアルミニウムチタン合金とを含む第２領域と、
アルミニウムを含む第３領域と、
を有し、
前記第１領域において、チタン原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、前記チタン原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上５５ａｔ％以下であり、
前記第２領域において、アルミニウム原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、前記アルミニウム原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上４５ａｔ％以下である、
炭化珪素半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素半導体装置において、炭化珪素基板に接触して配置され、チタン、アルミニウム及び珪素を含有するオーミックコンタクト電極を含む構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。オーミックコンタクト電極は、炭化珪素基板の上にチタン膜、アルミニウム膜及び珪素膜をこの順に積層した積層膜を形成し、次いで炭化珪素基板を加熱し、チタンと、アルミニウムと、珪素と、炭化珪素基板に含まれる炭素とを合金化することにより形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－７８７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の炭化珪素半導体装置では、オーミックコンタクト電極を形成する際に積層膜が高温となるため、積層膜に含まれるアルミニウムが蒸発する場合がある。この場合、オーミックコンタクト電極に含まれるアルミニウムの比率が低下して抵抗が高くなる。

【0005】

本開示は、オーミックコンタクト電極からのアルミニウムの蒸発を抑制できる炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置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】

【0006】

本開示の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の上にチタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される金属膜を形成する工程と、前記金属膜を第１温度に保持し、前記チタンと前記アルミニウムとを合金化する工程と、前記合金化する工程の後、前記金属膜を前記第１温度よりも高い第２温度に保持し、前記金属膜の少なくとも一部を前記炭化珪素基板が含む珪素と反応させてシリサイド化する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、オーミックコンタクト電極からのアルミニウムの蒸発を抑制できる炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。

【図2】図２は、コンタクト電極を示す概略図である。

【図3】図３は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図4】図４は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図5】図５は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図6】図６は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。

【図7】図７は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その５）である。

【図8】図８は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その６）である。

【図9】図９は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その７）である。

【図10】図１０は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その８）である。

【図11】図１１は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その９）である。

【図12】図１２は、金属膜を形成する工程の第１例を示す断面図である。

【図13】図１３は、金属膜を形成する工程の第２例を示す断面図である。

【図14】図１４は、金属膜を形成する工程の第３例を示す断面図である。

【図15】図１５は、金属膜を形成する工程の第４例を示す断面図である。

【図16】図１６は、合金化する工程の第１例を示す断面図である。

【図17】図１７は、合金化する工程の第２例を示す断面図である。

【図18】図１８は、シリサイド化する工程の第１例を示す断面図である。

【図19】図１９は、シリサイド化する工程の第２例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施するための形態について、以下に説明する。

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

【0011】

〔１〕 本開示の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の上にチタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される金属膜を形成する工程と、前記金属膜を第１温度に保持し、前記チタンと前記アルミニウムとを合金化する工程と、前記合金化する工程の後、前記金属膜を前記第１温度よりも高い第２温度に保持し、前記金属膜の少なくとも一部を前記炭化珪素基板が含む珪素と反応させてシリサイド化する工程と、を有する。この場合、金属膜を第２温度で保持する際にチタンとアルミニウムとが合金化されているので、金属膜からのアルミニウムの蒸発が抑制される。このため、コンタクト電極の高抵抗化を抑制できる。また、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜等へのアルミニウムの拡散を抑制できる。

【0012】

〔２〕 〔１〕において、前記第１温度は３００℃以上７００℃以下であり、前記第２温度は９００℃以上１０００℃以下であってもよい。３００℃以上７００℃以下では金属膜からのアルミニウムの蒸発を抑制しながら、チタンとアルミニウムとを合金化しやすい。９００℃以上１０００℃以下ではシリサイド化が進行しやすい。

【0013】

〔３〕 〔１〕又は〔２〕において、前記合金化する工程は、前記金属膜のシート抵抗を１０Ω／ｓｑ以上１２Ω／ｓｑ以下に調整することを含み、前記シリサイド化する工程は、前記金属膜のシート抵抗を３Ω／ｓｑ以上６Ω／ｓｑ以下に調整することを含んでもよい。金属膜のシート抵抗を１０Ω／ｓｑ以上１２Ω／ｓｑ以下に調整することにより、チタンとアルミニウムとが安定化した合金になりやすい。金属膜のシート抵抗を３Ω／ｓｑ以上６Ω／ｓｑ以下に調整することにより、金属膜とソース領域及びコンタクト領域との接触抵抗を低減しやすい。

【0014】

〔４〕 〔１〕～〔３〕において、前記合金化する工程は、前記金属膜に不活性ガスを供給する工程を含んでもよい。この場合、金属膜の酸化を抑制できる。また、不活性ガスの流量を制御することにより、チャンバ内の圧力を調整してチタンとアルミニウムとの合金比率を調整できる。

【0015】

〔５〕 〔１〕～〔４〕において、前記金属膜を形成する工程は、前記金属膜に含まれる複数種の金属を含む合金ターゲットを用いるスパッタリング法により前記金属膜を形成する工程を含んでもよい。この場合、ターゲットの数を削減できる。

【0016】

〔６〕 〔１〕～〔４〕において、前記金属膜を形成する工程は、前記炭化珪素基板の上にチタン膜を形成する工程と、前記チタン膜の上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム膜の上に珪素膜を形成する工程と、を有してもよい。この場合、チタン膜、アルミニウム膜及び珪素膜の各々の膜厚を制御することにより、金属膜を構成するチタン、アルミニウム及び珪素の割合を調整できる。

【0017】

〔７〕 〔１〕～〔４〕において、前記金属膜を形成する工程は、前記炭化珪素基板の上にチタン膜を形成する工程と、前記チタン膜の上にアルミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム膜の上に珪素膜を形成する工程と、前記珪素膜の上にチタン膜を形成する工程と、を有してもよい。この場合、金属膜をシリサイド化する際にアルミニウムが珪素膜の側から蒸発することを抑制しやすい。

【0018】

〔８〕 〔１〕～〔７〕において、前記シリサイド化する工程の後に、前記金属膜のシート抵抗を測定する工程を有してもよい。この場合、インライン測定の結果に基づいて、金属膜を構成するチタン、アルミニウム及び珪素の比率を管理できる。

【0019】

〔９〕 本開示の他の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の上に形成され、チタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される金属膜と、を備え、前記金属膜は、炭化珪素とチタンシリサイド合金とを含む第１領域と、炭化珪素とアルミニウムチタン合金とを含む第２領域と、アルミニウムを含む第３領域と、を有し、前記第１領域において、チタン原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、前記チタン原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上５５ａｔ％以下であり、前記第２領域において、アルミニウム原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、前記アルミニウム原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上４５ａｔ％以下である。この場合、チタンとアルミニウムとが合金化されているので、金属膜からのアルミニウムの蒸発が抑制される。このため、コンタクト電極の高抵抗化を抑制できる。また、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜等へのアルミニウムの拡散を抑制できる。

【0020】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。

【0021】

実施形態に係る炭化珪素半導体装置について説明する。図１は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。図２は、コンタクト電極を示す概略図である。

【0022】

実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００は、炭化珪素基板１０と、ゲート絶縁膜８１と、ゲート電極８２と、層間絶縁膜８３と、ソース電極６０と、ドレイン電極７０とを主に有する。

【0023】

炭化珪素基板１０は、炭化珪素単結晶基板５０と、炭化珪素単結晶基板５０上にある炭化珪素エピタキシャル層４０とを含む。炭化珪素基板１０は、第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２とを有する。炭化珪素エピタキシャル層４０は第１主面１を構成し、炭化珪素単結晶基板５０は第２主面２を構成する。炭化珪素単結晶基板５０及び炭化珪素エピタキシャル層４０は、例えばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板５０は、例えば窒素（Ｎ）等のｎ型不純物を含みｎ型を有する。炭化珪素基板１０に半導体素子が形成されている。

【0024】

実施形態では、炭化珪素基板１０に半導体素子の一例として電界効果トランジスタが形成されている。炭化珪素エピタキシャル層４０は、ドリフト領域１１と、ボディ領域１２と、ソース領域１３と、コンタクト領域１８とを主に有する。

【0025】

ドリフト領域１１は、例えば窒素又はリン（Ｐ）等のｎ型不純物が添加されていることでｎ型を有する。ドリフト領域１１へのｎ型不純物の添加は、イオン注入によってではなく、ドリフト領域１１のエピタキシャル成長の際の不純物添加によって行われていることが好ましい。

【0026】

ボディ領域１２は、ドリフト領域１１上に設けられている。ボディ領域１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等のｐ型不純物が添加されていることでｐ型を有する。

【0027】

ソース領域１３は、ボディ領域１２によってドリフト領域１１から隔てられるようにボディ領域１２上に設けられている。ソース領域１３は、例えば窒素又はリン等のｎ型不純物が添加されていることでｎ型を有する。ソース領域１３は、第１主面１を構成する。

【0028】

コンタクト領域１８は、例えばアルミニウム等のｐ型不純物が添加されていることでｐ型を有する。コンタクト領域１８は、第１主面１を構成する。コンタクト領域１８は、ソース領域１３を貫通し、ボディ領域１２に接する。

【0029】

第１主面１には、複数のゲートトレンチ５が設けられている。ゲートトレンチ５は、例えば第１主面１に平行な第１方向に延びており、複数のゲートトレンチ５が第２方向に並んでいる。ゲートトレンチ５は、ドリフト領域１１からなる底面４を有する。底面４は、例えば第２主面２と平行な平面である。ゲートトレンチ５は、ソース領域１３及びボディ領域１２を貫通して底面４に連なる側面３を有する。側面３は、底面４を含む平面に対して傾斜する。

【0030】

側面３及び底面４に接するゲート絶縁膜８１が設けられている。ゲート絶縁膜８１は、例えば酸化膜である。ゲート絶縁膜８１は、例えば二酸化珪素を含む材料により構成されている。ゲート絶縁膜８１は、底面４においてドリフト領域１１と接する。ゲート絶縁膜８１は、側面３においてソース領域１３、ボディ領域１２及びドリフト領域１１の各々と接している。ゲート絶縁膜８１は、第１主面１においてソース領域１３と接していてもよい。

【0031】

ゲート絶縁膜８１上にゲート電極８２が設けられている。ゲート電極８２は、例えば導電性不純物を含むポリシリコンから構成されている。ゲート電極８２は、ゲートトレンチ５の内部に配置されている。

【0032】

ゲート電極８２及びゲート絶縁膜８１に接する層間絶縁膜８３が設けられている。層間絶縁膜８３は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成されている。層間絶縁膜８３及びゲート絶縁膜８１には、第２方向に一定の間隔でコンタクトホール９０が形成されている。コンタクトホール９０は、第２方向で隣り合うコンタクトホール９０の間にゲートトレンチ５が位置するように設けられている。コンタクトホール９０は、第１方向に延びる。コンタクトホール９０を通じて、ソース領域１３及びコンタクト領域１８が層間絶縁膜８３及びゲート絶縁膜８１から露出している。

【0033】

第１主面１に接するソース電極６０が設けられている。ソース電極６０は、コンタクト電極６１と、ソース配線６２とを有する。

【0034】

コンタクト電極６１は、コンタクトホール９０内に設けられている。コンタクト電極６１は、第１主面１において、ソース領域１３及びコンタクト領域１８に接している。コンタクト電極６１は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）及び珪素（Ｓｉ）を含む材料から構成されている。コンタクト電極６１は、ソース領域１３及びコンタクト領域１８とオーミック接合している。つまり、コンタクト電極６１は、コンタクトホール９０を通じて炭化珪素基板１０に接続されている。コンタクト電極６１は、第１領域６１ａと、第２領域６１ｂと、第３領域６１ｃとを有する。第１領域６１ａは、炭化珪素及びチタンシリサイド（ＴｉＳｉ）合金により形成される。第１領域６１ａにおいて、炭化珪素とチタンシリサイド合金とは斑状に存在する。第１領域６１ａにおいて、炭化珪素とチタンシリサイド合金との構成比率は、４５：５５～６５：３５である。すなわち、第１領域６１ａにおいて、チタン原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、チタン原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上５５ａｔ％以下である。第２領域６１ｂは、炭化珪素及びアルミニウムチタン（ＡｌＴｉ）合金により形成される。第２領域６１ｂにおいて、炭化珪素とチタンシリサイド合金とは斑状に存在する。第２領域６１ｂにおいて、炭化珪素とアルミニウムチタン合金との構成比率は、５５：４５～６５：３５である。すなわち、第２領域６１ｂにおいて、アルミニウム原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、アルミニウム原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上４５ａｔ％以下である。なお、上記の通り、炭化珪素は第１領域６１ａと第２領域６１ｂの両方に含まれる。そこで、チタンシリサイド合金とアルミニウムチタン合金の両方と接する炭化珪素は、第１領域６１ａに含まれるものとする。また、チタンシリサイド合金と接し、かつアルミニウムチタン合金と接しない炭化珪素は、第１領域６１ａに含まれるものとする。また、アルミニウムチタン合金と接し、かつチタンシリサイド合金と接しない炭化珪素は、第２領域６１ｂに含まれるものとする。第３領域６１ｃは、アルミニウムにより形成される。第３領域６１ｃにおいて、炭化珪素とアルミニウムとの構成比率は、０：１００である。なお、コンタクト電極６１は金属膜の一例である。

【0035】

ソース配線６２は、アルミニウム又は銅（Ｃｕ）を含む材料から構成されている。ソース配線６２は、アルミニウム及び銅を含む材料から構成されていてもよい。ソース電極６０は、層間絶縁膜８３によりゲート電極８２から電気的に絶縁されている。ソース電極６０が、ソース配線６２と層間絶縁膜８３との間に窒化チタン（ＴｉＮ）膜等のバリアメタル膜を含んでもよい。

【0036】

ドレイン電極７０は、第２主面２に接する。ドレイン電極７０は、第２主面２において炭化珪素単結晶基板５０と接している。ドレイン電極７０は、ドリフト領域１１と電気的に接続されている。ドレイン電極７０は、コンタクト電極６１と同じ材料により構成されている。ドレイン電極７０は、炭化珪素単結晶基板５０とオーミック接合している。

【0037】

コンタクト電極６１及びドレイン電極７０における各材料の構成比率は、走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope：ＳＥＭ）を用いた断面観察及び透過型電子顕微鏡（transmission electron microscopy：ＴＥＭ）を用いた元素分析により測定できる。

【0038】

次に、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図３～図１１は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図である。

【0039】

まず、図３に示されるように、炭化珪素単結晶基板５０を準備する。次に、炭化珪素単結晶基板５０の上に炭化珪素エピタキシャル層４０を形成する。例えば、炭化珪素単結晶基板５０は、窒素等のｎ型不純物を含み、ｎ型を有する。例えば、炭化珪素エピタキシャル層４０は窒素等のｎ型不純物を添加したエピタキシャル成長により形成できる。このようにして、第１主面１と、第２主面２とを有する炭化珪素基板１０が得られる。

【0040】

次に、図４に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層４０へのイオン注入を行う。例えば、イオン注入により、ボディ領域１２、ソース領域１３及びコンタクト領域１８が形成される。炭化珪素エピタキシャル層４０の残部がドリフト領域１１として機能する。ボディ領域１２又はコンタクト領域１８を形成するためのイオン注入においては、例えばアルミニウム等のｐ型不純物をイオン注入する。ソース領域１３を形成するためのイオン注入においては、例えばリン等のｎ型不純物をイオン注入する。

【0041】

次に、図５に示されるように、ソース領域１３、ボディ領域１２及びドリフト領域１１に複数のゲートトレンチ５を形成する。ゲートトレンチ５は、次のようにして形成できる。

【0042】

まず、ゲートトレンチ５を形成しようとする領域上に開口を有するマスク（図示せず）を形成する。次に、マスクを用いて、ソース領域１３の一部、ボディ領域１２の一部及びドリフト領域１１の一部をエッチングにより除去する。エッチングは、例えば反応性イオンエッチング（reactive ion etching：ＲＩＥ）である。エッチングにより、ゲートトレンチ５を形成しようとする領域に、第１主面１に対してほぼ垂直な側部と、側部と連続的に設けられ、かつ第１主面１とほぼ平行な底部とを有する凹部が形成される。

【0043】

次に、凹部において熱エッチングを行う。熱エッチングは、第１主面１上にマスクが形成された状態で、例えば少なくとも１種類以上のハロゲン原子を有する反応ガスを含む雰囲気での加熱によって行い得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子及びフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、例えば塩素（Ｃｌ_２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）又は四フッ化炭素（ＣＦ_４）を含む。例えば、塩素ガスと酸素（Ｏ_２）ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を８００℃以上９００℃以下として、熱エッチングが行われる。反応ガスは、塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス又はヘリウム（Ｈｅ）ガス等を利用できる。

【0044】

上記の熱エッチングにより、第１主面１にゲートトレンチ５が形成される。ゲートトレンチ５は、ドリフト領域１１からなる底面４と、ソース領域１３及びボディ領域１２を貫通して底面４に連なる側面３とを有する。熱エッチングの後に、マスクが第１主面１から除去される。

【0045】

次に、図６に示されるように、ゲート絶縁膜８１を形成する。例えば炭化珪素基板１０を熱酸化することにより、ソース領域１３と、ボディ領域１２と、ドリフト領域１１と、コンタクト領域１８とに接するゲート絶縁膜８１が形成される。具体的には、炭化珪素基板１０を、酸素を含む雰囲気において、例えば１３００℃以上１４００℃以下の温度で加熱する。これにより、第１主面１と、側面３と、底面４とに接するゲート絶縁膜８１が形成される。ゲート絶縁膜８１が熱酸化により形成される場合、厳密には、炭化珪素基板１０の一部がゲート絶縁膜８１に取り込まれる。このため、以降の処理では、熱酸化の後のゲート絶縁膜８１と炭化珪素基板１０との間の界面に第１主面１、側面３及び底面４が若干移動したものとする。

【0046】

次に、図７に示されるように、ゲート電極８２を形成する。ゲート電極８２は、ゲート絶縁膜８１上に形成される。ゲート電極８２は、例えば減圧ＣＶＤ（low pressure - chemical vapor deposition：ＬＰ－ＣＶＤ）法により形成される。ゲート電極８２は、ソース領域１３と、ボディ領域１２と、ドリフト領域１１との各々に対面するように形成される。

【0047】

次に、図８に示されるように、層間絶縁膜８３を形成する。具体的には、ゲート電極８２を覆い、かつゲート絶縁膜８１と接するように層間絶縁膜８３が形成される。層間絶縁膜８３は、例えばＣＶＤ法により形成される。層間絶縁膜８３は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成される。層間絶縁膜８３の一部がゲートトレンチ５の内部に形成されてもよい。

【0048】

次に、図９に示されるように、層間絶縁膜８３及びゲート絶縁膜８１のエッチングを行うことにより、層間絶縁膜８３及びゲート絶縁膜８１にコンタクトホール９０を形成する。この結果、ソース領域１３及びコンタクト領域１８が層間絶縁膜８３及びゲート絶縁膜８１から露出する。

【0049】

次に、図１０に示されるように、第１主面１においてソース領域１３及びコンタクト領域１８に接するコンタクト電極６１を形成し、第２主面２において炭化珪素単結晶基板５０に接するドレイン電極７０を形成する。コンタクト電極６１及びドレイン電極７０の形成方法については後述する。

【0050】

次に、図１１に示されるように、ソース配線６２を形成する。具体的には、コンタクト電極６１及び層間絶縁膜８３を覆うソース配線６２が形成される。ソース配線６２は、例えばスパッタリング法により形成される。ソース配線６２は、例えばアルミニウム又は銅を含む材料から構成される。ソース配線６２がアルミニウム及び銅を含む材料から構成されてもよい。このようにして、コンタクト電極６１とソース配線６２とを有するソース電極６０が形成される。

【0051】

以上により、電界効果トランジスタを含む炭化珪素半導体装置１００を製造できる。

【0052】

次に、実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の製造方法において、コンタクト電極６１を形成する方法について説明する。コンタクト電極６１を形成する方法は、金属膜を形成する工程と、合金化する工程と、シリサイド化する工程とを含む。図１２～図１５は、金属膜を形成する工程を示す断面図である。図１６及び図１７は、合金化する工程を示す断面図である。図１８及び図１９は、シリサイド化する工程を示す断面図である。

【0053】

金属膜を形成する工程では、第１主面１においてソース領域１３及びコンタクト領域１８に接するコンタクト電極６１用の金属膜（図示せず）を形成する。金属膜は、チタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される。金属膜は、例えばスパッタリング法により形成される。

【0054】

金属膜を形成する工程では、図１２に示されるように、ソース領域１３及びコンタクト領域１８の上に、第１チタン膜６３、アルミニウム膜６４及び珪素膜６５をこの順に形成することにより金属膜を形成する。第１チタン膜６３、アルミニウム膜６４及び珪素膜６５は、それぞれチタンターゲット、アルミニウムターゲット及び珪素ターゲットを用いるスパッタリング法により形成される。すなわち、金属膜を形成する工程では、金属膜を構成する金属の各々のターゲットを用いるスパッタリング法により金属膜が形成される。この場合、第１チタン膜６３、アルミニウム膜６４及び珪素膜６５の各々の膜厚を制御することにより、金属膜を構成するチタン、アルミニウム及び珪素の割合を調整できる。第１チタン膜６３の膜厚は、例えば２０ｎｍ以上である。アルミニウム膜６４の膜厚は、例えば２４ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。珪素膜６５の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上である。第１チタン膜６３、アルミニウム膜６４及び珪素膜６５は、同じチャンバ内で連続して形成することが好ましい。この場合、第１チタン膜６３とアルミニウム膜６４との界面及びアルミニウム膜６４と珪素膜６５との界面の酸化を抑制できる。また、生産性が向上する。金属膜を形成する工程では、図１３に示されるように、珪素膜６５の上に第２チタン膜６６を形成してもよい。この場合、シリサイド化する工程において、アルミニウムが珪素膜６５の側から蒸発することを抑制しやすい。第２チタン膜６６は、例えば第１チタン膜６３と同様に、チタンターゲットを用いるスパッタリング法により形成される。第２チタン膜６６の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上である。

【0055】

金属膜を形成する工程では、図１４に示されるように、ソース領域１３及びコンタクト領域１８の上に、ＴｉＡｌ膜６７及び珪素膜６５をこの順に形成することにより金属膜を形成してもよい。ＴｉＡｌ膜６７及び珪素膜６５は、それぞれＴｉＡｌ合金ターゲット及び珪素ターゲットを用いるスパッタリング法により形成される。すなわち、金属膜を形成する工程では、チタン、アルミニウム及び珪素のうちの２つ以上を含む合金ターゲットを用いるスパッタリング法により金属膜が形成されてもよい。この場合、ターゲットの数を削減できる。例えば、ＴｉＡｌ合金ターゲット及び珪素ターゲットを用いることにより、ターゲットの数を３個から２個に削減できる。また、ＴｉＡｌ合金ターゲットを構成するチタンとアルミニウムとの比率を変更することにより、金属膜を構成するチタンとアルミニウムの割合を調整できる。また、ＴｉＡｌ膜６７及び珪素膜６５の各々の膜厚を制御することにより、金属膜を構成するチタン及びアルミニウムに対する珪素の割合を調整できる。ＴｉＡｌ膜６７と珪素膜６５とは、同じチャンバ内で連続して形成することが好ましい。この場合、ＴｉＡｌ膜６７と珪素膜６５との界面の酸化を抑制できる。また、生産性が向上する。金属膜を形成する工程では、図１５に示されるように、珪素膜６５の上に第２チタン膜６６を形成してもよい。この場合、シリサイド化する工程において、アルミニウムが珪素膜６５の側から蒸発することを抑制しやすい。

【0056】

合金化する工程は、金属膜を形成する工程の後に行われる。合金化する工程では、金属膜を、第１温度で第１時間保持し、チタンとアルミニウムとを合金化する。これにより、図１６及び図１７に示されるように、チタンとアルミニウムとが合金化したアルミニウムチタン合金６８が形成される。第１温度は、３００℃以上７００℃以下が好ましく、４００℃以上５００℃以下がより好ましい。この場合、金属膜からのアルミニウムの蒸発を抑制しながら、チタンとアルミニウムとを合金化しやすい。第１時間は、例えば３０秒以上１２０秒以下である。合金化する工程では、金属膜のシート抵抗を１０Ω／ｓｑ以上１２Ω／ｓｑ以下に調整することが好ましい。この場合、チタンとアルミニウムとが安定化した合金になりやすい。合金化する工程は、減圧されたチャンバ内にアルゴン等の不活性ガスを供給しながら行うことが好ましい。この場合、金属膜の酸化を抑制できる。また、不活性ガスの流量を制御することにより、チャンバ内の圧力を調整してチタンとアルミニウムとの合金比率を調整できる。

【0057】

シリサイド化する工程は、合金化する工程の後に行われる。シリサイド化する工程では、まず、金属膜を、第１温度から、第１温度よりも高い第２温度に昇温する。次に、金属膜を、第２温度で第２時間保持し、金属膜の少なくとも一部を炭化珪素エピタキシャル層４０が含む珪素と反応させてシリサイド化する。これにより、図１８及び図１９に示されるように、ソース領域１３及びコンタクト領域１８とオーミック接合するコンタクト電極６１が形成される。金属膜を第２温度で保持する際にチタンとアルミニウムとが合金化されているので、金属膜からのアルミニウムの蒸発が抑制される。このため、コンタクト電極６１の高抵抗化を抑制できる。また、ゲート絶縁膜８１、ゲート電極８２、層間絶縁膜８３等へのアルミニウムの拡散を抑制できる。第２温度は、９００℃以上１０００℃以下が好ましく、１０００℃がより好ましい。この場合、シリサイド化が進行しやすい。第２時間は、例えば１８０秒以上６００秒以下である。シリサイド化する工程では、金属膜のシート抵抗を３Ω／ｓｑ以上６Ω／ｓｑ以下に調整することが好ましい。この場合、金属膜とソース領域１３及びコンタクト領域１８との接触抵抗を低減しやすい。シリサイド化する工程は、減圧されたチャンバ内にアルゴン等の不活性ガスを供給しながら行うことが好ましい。この場合、金属膜の酸化を抑制できる。シリサイド化する工程は、生産性の観点から、合金化する工程と同じチャンバ内で連続して行うことが好ましい。ただし、シリサイド化する工程は、合金化する工程とは別のチャンバ内で行ってもよい。また、合金化する工程及びシリサイド化する工程は、例えば金属膜を形成する工程と同じチャンバ内で行ってもよく、別のチャンバ内で行ってもよい。

【0058】

なお、実施形態では、コンタクト電極６１を形成する方法を説明したが、ドレイン電極７０についてもコンタクト電極６１と同様の方法で形成できる。すなわち、ドレイン電極７０を形成する方法は、金属膜を形成する工程と、合金化する工程と、シリサイド化する工程とを含んでよい。ドレイン電極７０を形成する方法における合金化する工程は、例えばコンタクト電極６１を形成する方法における合金化する工程と同時に行ってよい。ドレイン電極７０を形成する方法におけるシリサイド化する工程は、例えばコンタクト電極６１を形成する方法におけるシリサイド化する工程と同時に行ってよい。この場合、コンタクト電極６１及びドレイン電極７０を形成するために要する時間を短縮できる。

【0059】

また、シリサイド化する工程の後に、金属膜のシート抵抗を測定する工程を有することが好ましい。この場合、インライン測定の結果に基づいて、金属膜を構成するチタン、アルミニウム及び珪素の比率を管理できる。

【0060】

実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００は、コンタクト電極６１が、炭化珪素とチタンシリサイド合金とを含む第１領域と、炭化珪素とアルミニウムチタン合金とを含む第２領域と、アルミニウムを含む第３領域と、を有する。第１領域において、チタン原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、チタン原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上５５ａｔ％以下である。第２領域において、アルミニウム原子及び炭素原子の原子濃度の和に対する、アルミニウム原子の原子濃度の比率は３５ａｔ％以上４５ａｔ％以下である。この場合、チタンとアルミニウムとが合金化されているので、金属膜からのアルミニウムの蒸発が抑制される。このため、コンタクト電極６１の高抵抗化を抑制できる。また、ゲート絶縁膜８１、ゲート電極８２、層間絶縁膜８３等へのアルミニウムの拡散を抑制できる。

【0061】

実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の製造方法では、まず、炭化珪素基板１０の上にチタン、アルミニウム及び珪素を含む材料から構成される金属膜を形成する。次いで、金属膜を第１温度に保持し、チタンとアルミニウムとを合金化する。次いで、金属膜を第１温度よりも高い第２温度に保持し、金属膜の少なくとも一部を炭化珪素基板１０が含む珪素と反応させてシリサイド化する。この場合、金属膜を第２温度で保持する際にチタンとアルミニウムとが合金化されているので、金属膜からのアルミニウムの蒸発が抑制される。このため、コンタクト電極６１の高抵抗化を抑制できる。また、ゲート絶縁膜８１、ゲート電極８２、層間絶縁膜８３等へのアルミニウムの拡散を抑制できる。

【0062】

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0063】

１ 第１主面
２ 第２主面
３ 側面
４ 底面
５ ゲートトレンチ
１０ 炭化珪素基板
１１ ドリフト領域
１２ ボディ領域
１３ ソース領域
１８ コンタクト領域
４０ 炭化珪素エピタキシャル層
５０ 炭化珪素単結晶基板
６０ ソース電極
６１ コンタクト電極
６１ａ 第１領域
６１ｂ 第２領域
６１ｃ 第３領域
６２ ソース配線
６３ 第１チタン膜
６４ アルミニウム膜
６５ 珪素膜
６６ 第２チタン膜
６７ ＴｉＡｌ膜
７０ ドレイン電極
８１ ゲート絶縁膜
８２ ゲート電極
８３ 層間絶縁膜
９０ コンタクトホール
１００ 炭化珪素半導体装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】