JP2016025285A - 炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造にかかる設備運営に関わるコストを抑制することができ、低抵抗化を図ること。【解決手段】おもて面側に素子構造が形成された単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に層間絶縁膜２を形成した後、当該層間絶縁膜２にコンタクトホール９、１０を形成し、バリアメタルの第１層１１として第４族元素窒化物を成膜した後、バリアメタルの第２層１２として第４族元素の純金属または合金を成膜した後、バリアメタルの第１層および第２層１１、１２をドライエッチングによりパターン抜きする。その後、バリアメタルの第２層１２をバッファードフッ酸もしくは希フッ酸でウェットエッチングすることにより、ドライエッチングの後に残留する残留物を除去することによって炭化珪素半導体装置を製造する。【選択図】図９

Description

この発明は、たとえばスイッチング素子に適用される炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置に関する。

単結晶炭化珪素は、単結晶シリコン（以下、適宜「Ｓｉ」という）を大幅に上回るバンドギャップや破壊電界強度を有している。単結晶炭化珪素を用いることにより、単結晶シリコンを用いた場合と比較して電力損失を低下させたり、単体で耐圧１０ｋＶ以上に達する超高耐圧半導体スイッチング素子を実現したりすることができると期待されている。

単結晶炭化珪素を用いた半導体スイッチング素子（以下、「炭化珪素半導体スイッチング素子」という）は、その性質上、高温環境かつ大電流密度での使用が想定される。このような炭化珪素半導体スイッチング素子においては、Ａｌ−Ｓｉ合金などを材料とする表面電極層の直下にバリアメタル層を設けることにより、信頼性の飛躍的な向上が見込まれる。

バリアメタル層は、遷移金属の炭化物や窒化物で様々な種類のバリアメタルの材料を適用して形成することができる。特に、ＴｉＮに代表される第４族元素の金属窒化物は、当該第４族元素の金属窒化物を用いることにより、ｎ型オーミック電極を形成する工程とバリアメタル層を設ける工程とを兼用することができるので、工程簡略化の観点から見て好適なバリアメタル材料とされる（たとえば、下記特許文献１を参照。）。

第４族元素の金属窒化物は、化学的安定性が高く、ウェットエッチングでの加工が難しい。このため、第４族元素の金属窒化物を用いてバリアメタル層を形成する場合、第４族元素窒化物のパターン形成（パターン抜き）には、専ら、フォトレジストをマスクにした、三塩化ホウ素や塩素を主成分とした塩素系のガスを用いるドライエッチングがおこなわれる。

関連する技術として、従来、塩素系のガスを用いたドライエッチングによって第４族元素窒化物のパターン形成をおこなう場合に、当該ドライエッチングをおこなった後に、当該ドライエッチングに用いたフォトレジストを灰状にして取り除く、いわゆる灰化処理をおこなうことによって、不要なフォトレジストを除去するようにした技術があった。

特開２０１３−２３２５５７号公報

上述した特許文献１に記載した従来の技術のように第４族元素窒化物のパターン形成をおこなう際に塩素系のガスを用いたドライエッチングをおこなうと、特に、コンタクトホール周辺などの段差部の側壁に、灰化だけでは完全に除去しきれない強固なポリマーが堆積することが知られている（たとえば、特開平１０−１７２９４２号公報を参照。）。このため、上述した特許文献１に記載した従来の技術のように第４族元素窒化物のパターン形成をおこなう際に塩素系のガスを用いたドライエッチングをおこなう場合、堆積したポリマー残渣が、表面電極層との電気的接触の妨げになるという問題があった。

この対策として、従来、たとえば、塩素系のガスを用いたドライエッチングによる第４族元素窒化物のパターン形成に際して、含アミン薬液を用いた薬液処理をおこなうことによって、灰化だけでは完全に除去しきれないポリマー残渣を化学的に分解して除去するようにした技術（たとえば、米国特許第５３３４３３２号明細書を参照。）があるが、このような薬液処理をおこなうためには新たに専用の槽を用意しなくてはならず、また工程数が増加するため、製造コストや作業負担が増加するという問題があった。

また、上述した特許文献１に記載した従来の技術のような第４族元素窒化物のパターン形成に際して、灰化によってフォトレジストを除去する場合、第４族元素窒化物の最表面が酸化されることが避けられず、素子の低抵抗化の妨げになるという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、製造にかかる設備運営に関わるコストを抑制することができ、低抵抗化を図ることができる炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、単結晶炭化珪素ウエハのおもて面側に素子構造を形成する工程と、前記素子構造が形成された前記単結晶炭化珪素ウエハのおもて面側に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールが形成された前記層間絶縁膜のおもて面側に、バリアメタルの第１層として第４族元素窒化物を成膜する工程と、前記バリアメタルの第１層のおもて面側に、前記バリアメタルの第２層として第４族元素の純金属または合金を成膜する工程と、前記バリアメタルの第１層および第２層をドライエッチングによりパターン抜きする工程と、前記バリアメタルの第２層をバッファードフッ酸もしくは希フッ酸でウェットエッチングすることにより、前記ドライエッチングの後に残留する残留物を除去する工程と、を含んだことを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上記の発明において、前記除去する工程が、前記バリアメタルの第１層の最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量が１原子％未満に抑えられるようにおこなうことを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上記の発明において、前記第４族元素窒化物を成膜する工程が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物を成膜することを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上記の発明において、前記ドライエッチングの後に、当該ドライエッチングに用いたレジストを灰化する工程を含み、前記除去する工程が、さらに、前記灰化する工程において灰化により生じたレジストの残留物を除去することを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、おもて面側にイオン注入領域を含む素子構造が形成された単結晶炭化珪素ウエハのおもて面側に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜のおもて面側に形成されて第４族元素窒化物からなるバリアメタルの第１層と、前記バリアメタルの第１層を、おもて面側から前記素子構造側に貫通し、前記イオン注入領域を露出させるコンタクトホールと、を備え、前記バリアメタルの第１層は、最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量が１原子％未満であることを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上記の発明において、前記バリアメタルの第１層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物からなることを特徴とする。

この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置によれば、製造にかかる設備運営に関わるコストを抑制することができ、炭化珪素半導体装置の低抵抗化を図ることができるという効果を奏する。

この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造手順を示すフローチャートである。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その１）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その２）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その３）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その４）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その５）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その６）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その７）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その８）である。 この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図（その９）である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。この実施の形態においては、この発明にかかる炭化珪素半導体装置として炭化珪素半導体スイッチング素子への適用例、および、当該炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法について説明する。

（実施の形態）
まず、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法について説明する。ここでは第４族元素として、Ｔｉを用いるものとする。図１は、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造手順を示すフローチャートである。図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９および図１０は、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法の説明図である。

＜手順１：素子構造の形成および密封＞
図１のフローチャートにおいて、まず、単結晶炭化珪素ウエハ（単結晶ｎ型炭化珪素ウエハ）１を、薬液洗浄や犠牲酸化などの方法を用いて清浄化する（ステップＳ１０１）。単結晶炭化珪素ウエハ１の清浄化方法については、公知の技術を用いて容易に実現可能であるため説明を省略する。つぎに、清浄化された単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に、素子構造（デバイス構造）１００を形成する（ステップＳ１０２）。図２においては、単結晶炭化珪素ウエハ１上にデバイス構造１００を形成した状態の断面を模式的に示している。

具体的には、たとえば、ｐ型ウェル層３、ｎ型ドリフト層４、ｐ型高濃度イオン注入領域５、ｎ型高濃度イオン注入領域６、ゲート酸化膜７、ゲート電極８などによって構成される素子構造１００を構成する。これにより、この発明にかかる、単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に素子構造を形成する工程を実現することができる。ｐ型ウェル層３、ｎ型ドリフト層４、ｐ型高濃度イオン注入領域５、ｎ型高濃度イオン注入領域６、ゲート酸化膜７、ゲート電極８などによって構成される素子構造１００を、単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に形成する方法については、公知の技術であるため説明を省略する。

つぎに、おもて面側に素子構造１００が形成された単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に、層間絶縁膜２を形成する（ステップＳ１０３）。層間絶縁膜２は、単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に形成された素子構造１００を、当該おもて面側から覆うことにより、当該素子構造１００を外部に対して密封する。これにより、この発明にかかる、層間絶縁膜を形成する工程を実現することができる。図３においては、単結晶炭化珪素ウエハ１上に素子構造１００を形成し、層間絶縁膜２によってゲート電極８を密封する工程が完了した状態を模式的に示している。

＜手順２：コンタクトホールの形成＞
つぎに、層間絶縁膜２のおもて面側に、ソースコンタクトホール９、ゲートコンタクトホール１０を形成する（ステップＳ１０４）。ソースコンタクトホール９とゲートコンタクトホール１０とは、各々別個の工程によって形成することができる。

ソースコンタクトホール９は、この発明にかかる実施の形態のコンタクトホールを実現し、たとえば、ドライエッチング法などの方法によって形成することができる。これにより、この発明にかかる、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程の一部を実現することができる。層間絶縁膜２にソースコンタクトホール９を形成することにより、ｐ型高濃度イオン注入領域５およびｎ型高濃度イオン注入領域６を露出させることができる。

ゲートコンタクトホール１０は、たとえば、ドライエッチング法などの方法によって形成することができる。これにより、この発明にかかる、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程の別の一部を実現することができる。

この実施の形態においては、ソースコンタクトホール９を形成する工程およびゲートコンタクトホール１０を形成する工程（ステップＳ１０４の工程）により、この発明にかかる、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程を実現することができる。層間絶縁膜２にゲートコンタクトホール１０を形成することにより、ゲート電極８を露出させることができる。

なお、ソースコンタクトホール９とゲートコンタクトホール１０とは、同じ工程において一括して形成してもよい。ソースコンタクトホール９とゲートコンタクトホール１０とを同じ工程において一括して形成することにより、炭化珪素半導体スイッチング素子の製造における工程の簡略化を図ることができる。

図４においては、層間絶縁膜２にソースコンタクトホール９を形成することにより、ｐ型高濃度イオン注入領域５およびｎ型高濃度イオン注入領域６を露出させ、かつ、層間絶縁膜２にゲートコンタクトホール１０を形成することにより、ゲート電極８を露出させた状態を模式的に示している。図４に示すように、ソースコンタクトホール９やゲートコンタクトホール１０を形成することにより、ソースコンタクトホール９やゲートコンタクトホール１０の側壁９ａ、１０ａの周辺においては、ソースコンタクトホール９やゲートコンタクトホール１０の深さ分の段差をなす段差部９ｂ、１０ｂが生じる。

＜手順３：バリアメタルの第１層、第２層の形成＞
つぎに、ソースコンタクトホール９とゲートコンタクトホール１０とが形成された単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側の全面に、バリアメタルの第１層として、第４族元素窒化物を成膜する。この実施の形態においては、第４族元素としてＴｉを用いて、第４族元素窒化物としてＴｉＮ層１１を成膜する（ステップＳ１０５）。これにより、この発明にかかる、バリアメタルの第１層として第４族元素窒化物を成膜する工程を実現することができる。

図５においては、ＴｉＮ層１１を成膜した状態を模式的に示している。図５に示すように、ＴｉＮ層１１は、層間絶縁膜２を覆うように成膜される。ＴｉＮ層１１は、ソースコンタクトホール９の形成によりｐ型高濃度イオン注入領域５およびｎ型高濃度イオン注入領域６が外部に露出された部分においては、ｐ型高濃度イオン注入領域５およびｎ型高濃度イオン注入領域６を覆うように成膜される。ＴｉＮ層１１は、ゲートコンタクトホール１０の形成によりゲート電極８が外部に露出された部分においては、ゲート電極８を覆うように成膜される。ＴｉＮ層１１は、ソースコンタクトホール９やゲートコンタクトホール１０の側壁９ａ、１０ａを覆うように成膜される。

ＴｉＮ層１１は、たとえば、反応性スパッタリング法を用いて成膜することができる。反応性スパッタリング法については、公知の技術を用いて容易に実現可能であるため説明を省略する。ＴｉＮ層１１の成膜方法は、反応性スパッタリング法に限るものではなく、公知の各種の成膜方法を用いて成膜することができる。

バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１の膜厚は、バリアメタル機能とオーミックメタル機能との兼ね合いや、段差部のカバレッジの兼ね合いを考慮して、平坦部で３０〜２００ｎｍの範囲にあることが望ましい。バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１の膜厚は、平坦部で５０〜１００ｎｍの範囲にあることがより好ましい。

つぎに、ＴｉＮ層１１が形成された単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側の全面に、バリアメタルの第２層として、第４族元素の純金属または合金を成膜する。この実施の形態においては、第４族元素の純金属であるＴｉを用いて、純Ｔｉ層（第４族元素層）１２を成膜する（ステップＳ１０６）。これにより、バリアメタルの第２層として第４族元素の純金属または合金を成膜する工程を実現することができる。

図６においては、純Ｔｉ層１２を成膜した状態、すなわち、ＴｉＮ層１１および純Ｔｉ層１２を成膜した状態を模式的に示している。純Ｔｉ層１２は、たとえば、窒素を遮断した状態においてスパッタリング法を用いて成膜することができる。純Ｔｉ層１２の成膜方法は、スパッタリング法に限るものではなく、公知の各種の成膜方法を用いて成膜することができる。

バリアメタルの第２層である純Ｔｉ層１２の膜厚は、純Ｔｉ層１２に積層されるフォトレジスト（図７における符号１３ａを参照）などのポリマー（フォトレジスト剤）とバリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１とを確実に分離できる厚さであればよい。具体的には、バリアメタルの第２層である純Ｔｉ層１２の膜厚は、平坦部で５〜１００ｎｍの範囲にあることが望ましい。バリアメタルの第２層である純Ｔｉ層１２の膜厚は、平坦部で１０〜５０ｎｍの範囲にあることがより好ましい。

図６に示すように、純Ｔｉ層１２は、層間絶縁膜２、ソースコンタクトホール９の形成により外部に露出されたｐ型高濃度イオン注入領域５およびｎ型高濃度イオン注入領域６、ゲートコンタクトホール１０の形成により外部に露出されたゲート電極８を覆うＴｉＮ層１１を覆うように成膜される。純Ｔｉ層１２は、ソースコンタクトホール９やゲートコンタクトホール１０の側壁９ａ、１０ａ（側壁９ａ、１０ａを覆うＴｉＮ層１１）を覆うように成膜される。

＜手順４：ドライエッチング＞
つぎに、純Ｔｉ層１２のおもて面側に、フォトレジスト（フォトレジストパターン）１３を設ける（ステップＳ１０７）。フォトレジスト１３は、純Ｔｉ層１２を成膜した単結晶炭化珪素ウエハ１の、当該純Ｔｉ層１２のおもて面側にフォトレジスト剤を塗布し、塗布したフォトレジスト剤をフォトマスクを介して露光することによって設けることができる。図７においては、純Ｔｉ層１２のおもて面側に、フォトレジスト剤１３ａを塗布した状態を模式的に示している。純Ｔｉ層１２のおもて面側にフォトレジスト１３を設ける方法については、公知の技術を用いて容易に実現可能であるため説明を省略する。

そして、フォトレジスト１３をマスクとするドライエッチングをおこなう（ステップＳ１０８）ことにより、ＴｉＮ層１１および純Ｔｉ層１２を、フォトレジスト１３のパターンにしたがったパターンで、一括でパターン抜きする。これにより、この発明にかかる、バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１および第２層である純Ｔｉ層１２をドライエッチングによりパターン抜きする工程を実現することができる。図８においては、ＴｉＮ層１１および純Ｔｉ層１２を、フォトレジスト１３のパターンにしたがったパターンでパターン抜きした状態を模式的に示している。

ドライエッチングに際しては、たとえば、三塩化ホウ素や塩素を主成分とする塩素系のガスなどの一般的なガスを用いる。ドライエッチングに際して用いるガスは、特定の種類のガスに限定されるものではなく、ドライエッチングに際して一般的に用いられる各種のガスを用いることができる。そして、ドライエッチングをおこなった後に、ドライエッチングに用いたフォトレジスト（レジスト）１３の灰化をおこなう（ステップＳ１０９）。

上述した図４に示したように、ソースコンタクトホール９やゲートコンタクトホール１０を形成することによる段差部９ｂ、１０ｂが生じている場合、ドライエッチングの処理により、特に、当該段差部９ｂ、１０ｂの側壁９ａ、１０ａに強固なポリマー（ドライエッチングの後に残留する残留物）が付着する。この強固なポリマーは、ドライエッチングをおこなうことにより、副生成物として、副次的に生成される。

図９においては、段差部９ｂ、１０ｂの側壁９ａ、１０ａに付着する強固なポリマーの付着位置を模式的に示している。ドライエッチングの処理によって生じる強固なポリマーは、図９において、符号１４で示した位置に付着する。段差部９ｂ、１０ｂの側壁９ａ、１０ａに付着したポリマー内などに塩素系の成分が残留していると、当該残留した塩素系の成分が後続の工程に悪影響を及ぼす可能性が懸念される。

このため、通常、ドライエッチングをおこなった後の灰化は必須ではないが、この実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法においては、後続の工程に悪影響を及ぼすことがないように、ポリマー内などに残留した塩素系の成分を中和することが望ましい。この実施の形態の炭化珪素半導体スイッチング素子の製造方法においては、ポリマー内などに残留した塩素系の成分を確実に中和する意味合いを兼ねて、灰化を実施する。

ｐ型高濃度イオン注入領域５とＴｉＮ層１１とでは、オーミック接触を構成しない。このため、手順４においては、ＴｉＮ層１１は、ｐ型高濃度イオン注入領域５の直上に開口が形成されるようにエッチングする。ｐ型高濃度イオン注入領域５の直上に開口が形成されるようにＴｉＮ層１１をエッチングすることにより、オーミック接触を構成しないｐ型高濃度イオン注入領域５とＴｉＮ層１１とが接触することを抑えることができる。

また、ｐ型高濃度イオン注入領域５の直上に開口を形成する場合には、たとえば、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とする金属を、ｐ型高濃度イオン注入領域５の直上に配置し、１０００℃程度の高温でアニールをおこなう。これにより、ｐ型高濃度イオン注入領域５の直上に、Ｎｉを主成分とする金属を成膜し、当該Ｎｉを主成分とする金属膜とｐ型高濃度イオン注入領域５とをオーミック接触させることができる。

Ｎｉを主成分とする金属は、若干、ｎ型領域（ｎ型高濃度イオン注入領域６）に重なってもよい。Ｎｉ（ニッケル）を主成分とする金属が、若干ｎ型領域（ｎ型高濃度イオン注入領域６）に重なった場合、ＴｉＮ層１１がバリアとなるため、悪影響はない。

ｐ型高濃度イオン注入領域５の直上に開口を設ける工程は、バッファードフッ酸もしくは希フッ酸にウエハを浸漬する前（たとえば、ドライエッチングのとき）におこなってもよく、バッファードフッ酸もしくは希フッ酸にウエハを浸漬する処理以降におこなってもよい。ｐ型高濃度イオン注入領域５の直上に開口を設ける手順および方法については、公知の技術を用いて容易に実現可能であるため、本発明では詳細な説明を省略する。

＜手順５：ポリマーの除去＞
つぎに、ドライエッチングをおこなった後（灰化をおこなった後）の単結晶炭化珪素ウエハ１を、バッファードフッ酸もしくは希フッ酸からなる薬液に浸漬する（ステップＳ１１０）。これにより、段差部９ｂ、１０ｂに残存していたポリマーが除去（リフトオフ、リフトオフ除去）される。図１０においては、バリアメタルの第２層である純Ｔｉ層１２を溶解し、段差部９ｂ、１０ｂに残存していたポリマーが除去された状態を模式的に示している。

バッファードフッ酸もしくは希フッ酸からなる薬液の濃度については、犠牲酸化膜の除去などに使われる、熱酸化膜換算で毎分数ｎｍ〜数百ｎｍのエッチング速度を発揮させることができる濃度が好ましい。このような薬液を用いることにより、他の工程と薬液を共通化できるため好適である。

ドライエッチングをおこなった後（灰化をおこなった後）の単結晶炭化珪素ウエハ１の、薬液への浸漬時間は、薬液の濃度と純Ｔｉ層１２の膜厚によって異なる。具体的には、ドライエッチングをおこなった後（灰化をおこなった後）の単結晶炭化珪素ウエハ１の、薬液への浸漬時間は、薬液の濃度と純Ｔｉ層１２の膜厚に応じて、概ね数秒〜数十秒の範囲とすることが好ましい。

ポリマーの除去に際しては、ＴｉＮ層１１の最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量が１原子％未満に抑えられるようにする。具体的には、たとえば、純Ｔｉ層１２をちょうど溶解し切るに足る理論浸漬時間に、更に左記時間の５０〜１００％に相当する浸漬時間を上乗せすることによって、純Ｔｉ層１２や、その直上、直下に存在する可能性のあるＴｉ酸化物を確実に除去する。

バッファードフッ酸もしくは希フッ酸との接触により、純Ｔｉ層１２は激しく反応して溶解する。ドライエッチングの後に残留する残留物であるポリマーは、純Ｔｉ層１２に付着しているため、上記の薬液に浸漬させることによって純Ｔｉ層１２の溶解にともなって剥離する。一方、ＴｉＮ層１１は、バッファードフッ酸もしくは希フッ酸と接触した場合にも殆ど反応しない。これにより、段差部９ｂ、１０ｂに残存するポリマーを除去することができる。この実施の形態においては、バリアメタルの第２層である純Ｔｉ層１２をバッファードフッ酸もしくは希フッ酸でウェットエッチングすることにより、この発明にかかる、上記のドライエッチングの後に残留する残留物を除去する工程を実現することができる。

さらに、好ましい副次的な作用として、ＴｉＮ層１１の最表面がバッファードフッ酸もしくは希フッ酸との接触によって清浄化され、低抵抗化の妨げとなるＴｉ酸化物を除去することができる。

上述した実施の形態においては、ドライエッチングに際し、フォトレジスト１３を用いたパターン抜きをおこなうようにしたが、ドライエッチングに際してはフォトレジストを用いた方法に限らない。フォトレジスト１３に代えて、ドライエッチングに際してのマスクを形成し、ドライエッチングにより変質する可能性があるレジストを形成する材料を用いてもよい。

以上説明したように、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に素子構造１００を形成し、素子構造１００が形成された単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に層間絶縁膜２を形成した後、層間絶縁膜２にコンタクトホール９、１０を形成する。そして、コンタクトホール９、１０が形成された層間絶縁膜２のおもて面側に、ＴｉＮ層（バリアメタルの第１層）１１として第４族元素窒化物を成膜した後、ＴｉＮ層１１のおもて面側に、純Ｔｉ層（バリアメタルの第２層）１２として第４族元素の純金属または合金を成膜する。つぎに、ＴｉＮ層１１および純Ｔｉ層１２をドライエッチングによりパターン抜きする。その後、純Ｔｉ層１２をバッファードフッ酸もしくは希フッ酸でウェットエッチングすることにより、ドライエッチングの後に残留する残留物であるポリマーを除去することによって炭化珪素半導体装置を製造することを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、ドライエッチングをおこなうことによって、当該ドライエッチングの後に残留するポリマーを除去することができる。また、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、上述した灰化により生成された酸化物がＴｉＮ層１１の最表面に付着した場合にも、当該酸化物を除去することができる。

すなわち、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、段差部９ｂ、１０ｂが存在することにより段差部９ｂ、１０ｂの側壁９ａ、１０ａ（図９における符号１４で示す位置）に付着する強固なポリマーを除去することができ、さらにＴｉＮ層１１の最表面の酸化物をも除去することができる。

従来の方法では、ＴｉＮ層１１および純Ｔｉ層１２のドライエッチングをおこなうことによって当該ドライエッチングの後に残留する、灰化のみでは除去が難しい強固なポリマーを除去するために、専用の薬液および薬液槽を準備する必要があった。また、フォトレジスト１３の除去に灰化を使用すると、ＴｉＮ層１１の最表面が酸化され、素子（炭化珪素半導体装置）の低抵抗化の妨げとなっていた。

これに対し、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、上記のように、既存の設備や薬液を流用することによって、灰化のみでは除去が難しい強固なポリマーや灰化により生成された酸化物を除去することができる。これにより、炭化珪素半導体装置の製造にかかる設備運営に関わるコストを抑制することができる。

また、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１の最表面の酸化物を除去することにより、炭化珪素半導体装置の低抵抗化を図り、素子（炭化珪素半導体装置）の電気特性の向上を図ることができる。

また、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１の最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量が１原子％未満に抑えられるように、ポリマーを除去することを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１の最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量を１原子％未満に抑えることにより、ＴｉＮ層１１の機能を損なうことなく、かつ、ポリマーを確実に除去することができる。

また、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物を、バリアメタルの第１層として成膜することを特徴としている。すなわち、Ｔｉに代えて、あるいは加えて、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物を、バリアメタルの第１層として成膜してもよい。

この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、バリアメタルの第２層（純Ｔｉ層１２）として第４族元素の純金属または合金を成膜し、さらに、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物をバリアメタルの第１層として成膜することにより、バリアメタルの第１層の機能を損なうことなく、かつ、ポリマーを確実に除去することができる。

また、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、ドライエッチングの後に、当該ドライエッチングに用いたフォトレジスト１３を灰化した後に、灰化により生じたフォトレジスト１３の残留物を除去することを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、フォトレジスト１３を灰化することによりフォトレジスト１３を除去し、灰化する工程をおこなった後に、さらに、灰化により生じたフォトレジスト１３の残留物を除去することにより、強固に残存したフォトレジスト１３であるポリマー（残留物）を確実に除去することができる。また、灰化により生成された酸化物がＴｉＮ層１１の最表面に付着した場合にも、当該酸化物を除去することができる。これにより、炭化珪素半導体装置の低抵抗化を図り、素子（炭化珪素半導体装置）の電気特性の向上を図ることができる。

また、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置は、おもて面側にｐ型高濃度イオン注入領域５を含む素子構造１００が形成された単結晶炭化珪素ウエハ１のおもて面側に形成された層間絶縁膜２と、層間絶縁膜２のおもて面側に形成されて第４族元素窒化物からなるバリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１と、ＴｉＮ層１１をおもて面側から素子構造側に貫通しイオン注入領域５を露出させるソースコンタクトホール９と、を備え、バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１が、最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量が１原子％未満であることを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置によれば、バリアメタルの第１層であるＴｉＮ層１１の機能を損なうことなく、かつ、ポリマーが確実に除去された炭化珪素半導体装置を得ることができる。これにより、素子の低抵抗化の妨げを抑制することができ、素子の電気特性が改善された炭化珪素半導体装置を得ることができる。

また、この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置は、バリアメタルの第１層が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物からなることを特徴としている。この発明にかかる実施の形態の炭化珪素半導体装置によれば、バリアメタルの第１層の機能が損なわれることなく、かつ、ポリマーが確実に除去された炭化珪素半導体装置を得ることができる。

以上のように、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置は、ドライエッチングにより形成されるバリアメタル層を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置に有用であり、特に、スイッチング素子に適用される炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置に適している。

１ 単結晶炭化珪素ウエハ
２ 層間絶縁膜
３ ｐ型ウェル層
４ ｎ型ドリフト層
５ ｐ型高濃度イオン注入領域
６ ｎ型高濃度イオン注入領域
７ ゲート酸化膜
８ ゲート電極
９ ソースコンタクトホール
９ａ、１０ａ 側壁
９ｂ、１０ｂ 段差部
１０ ゲートコンタクトホール
１１ ＴｉＮ層
１２ 純Ｔｉ層
１３ フォトレジスト
１４ ポリマー（ポリマーの付着位置）

Claims (6)

1. 単結晶炭化珪素ウエハのおもて面側に素子構造を形成する工程と、
   前記素子構造が形成された前記単結晶炭化珪素ウエハのおもて面側に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
   前記コンタクトホールが形成された前記層間絶縁膜のおもて面側に、バリアメタルの第１層として第４族元素窒化物を成膜する工程と、
   前記バリアメタルの第１層のおもて面側に、前記バリアメタルの第２層として第４族元素の純金属または合金を成膜する工程と、
   前記バリアメタルの第１層および第２層をドライエッチングによりパターン抜きする工程と、
   前記バリアメタルの第２層をバッファードフッ酸もしくは希フッ酸でウェットエッチングすることにより、前記ドライエッチングの後に残留する残留物を除去する工程と、
   を含んだことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
2. 前記除去する工程は、
   前記バリアメタルの第１層の最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量が１原子％未満に抑えられるようにおこなうことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
3. 前記第４族元素窒化物を成膜する工程は、
   Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物を成膜することを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
4. 前記ドライエッチングの後に、当該ドライエッチングに用いたレジストを灰化する工程を含み、
   前記除去する工程は、さらに、前記灰化する工程において灰化により生じたレジストの残留物を除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. おもて面側にイオン注入領域を含む素子構造が形成された単結晶炭化珪素ウエハのおもて面側に形成された層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜のおもて面側に形成されて第４族元素窒化物からなるバリアメタルの第１層と、
   前記バリアメタルの第１層を、おもて面側から前記素子構造側に貫通し、前記イオン注入領域を露出させるコンタクトホールと、
   を備え、
   前記バリアメタルの第１層は、最表面から１０ｎｍ以内の領域の含有酸素量が１原子％未満であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
6. 前記バリアメタルの第１層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも一つの第４族元素を含む第４族元素窒化物からなることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置。

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