JP2016178214A

JP2016178214A - 半導体装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2016178214A
Application number: JP2015057579A
Authority: JP
Inventors: 潤弥西井; Junya Nishii; 園山　貴広; Takahiro Sonoyama; 貴広園山
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: JP6341126B2

Abstract

【課題】多段状の層を形成する技術を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、アルミニウム合金を含む第１の層を形成する形成工程と、所定時間の放置後、前記第１の層の上に、アルミニウム合金を含む第２の層を形成する放置後形成工程と、前記第１の層と前記第２の層とをエッチングするエッチング工程と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置に用いる配線電極は、大きな電流を流した場合にも対応できるようにするため、膜厚を１μｍ以上とすることが好ましい。しかし、このような膜の厚い電極の上に絶縁膜を形成する場合、絶縁膜の被覆性を確保する観点から、配線電極を多段状に形成する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

図１は、特許文献１の配線の形成方法を説明する図である。まず、基板１１の上に、異種金属の多層膜（１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ）を連続成膜後、その上にフォトレジストによりレジストパターン１５を形成する（図１（Ａ）参照）。次に、レジストパターン１５をフォトマスクとして、最上層の金属膜１４Ａをオーバーエッチングすることにより、金属膜１４を形成する（図１（Ｂ）参照）。その後、フォトレジストを軟化させることによりレジストパターン１５を上から二番目の金属膜１３Ａに垂下させて、金属膜１３Ａのレジストパターン１５とする（図１（Ｃ）参照）。そして、レジストパターン１５をフォトマスクとして、上から二番目の金属膜１３Ａをオーバーエッチングすることにより金属膜１３を形成する（図１（Ｄ）参照）。このようにフォトレジストを軟化させ、レジストパターンを垂下させることにより、特許文献１の配線の形成方法では、配線電極を多段状に形成している（図１（Ｅ）参照）。

特開２０００−３１５６８３号公報

しかし、特許文献１に記載の技術においては、軟化後のレジスト形状の制御が困難であるため、加工精度が低くなる傾向がある。また、特許文献１に記載の技術においては、異種金属層の多層膜を形成後にレジストパターンの形成した後、（ｉ）エッチングと、（ｉｉ）フォトレジストの軟化とを繰り返すため、工程が煩雑となる傾向にある。このため、半導体装置の電極層を多段状に形成する他の方法の開発が望まれていた。そのほか、従来の半導体装置の製造方法においては、製造の容易化、製造の精確さ、作業性の向上等が望まれていた。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。

（１）本発明の一形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法は、アルミニウム合金を含む第１の層を形成する形成工程と、所定時間の放置後、前記第１の層の上に、アルミニウム合金を含む第２の層を形成する放置後形成工程と、前記第１の層と前記第２の層とをエッチングするエッチング工程と、を備える。この形態の半導体装置の製造方法によれば、第２の層の不純物濃度が第１の層の不純物濃度に比べて小さくなる。この結果、第２の層のほうが、第１の層に比べてエッチングされやすくなるため、多段状の層を形成できる。また、この形態の半導体装置の製造方法によれば、第１の層のエッチングと第２の層のエッチングを一度に行うことが出来るため、第１の層のエッチングと第２の層のエッチングをそれぞれ行う場合に比べて、工数を削減できる。

（２）上記形態の半導体装置の製造方法において、前記エッチング工程は、ドライエッチングにより行ってもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、多段状の層を形成できる。

（３）上記形態の半導体装置の製造方法において、前記エッチング工程において、エッチングマスクに対するアルミニウム合金の選択比が４以上６以下であってもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、アルミニウム合金を含む層（第１の層と第２の層）の側面のエッチングをより効果的に行うことができる。この結果、多段状の層をより確実に形成できる。

（４）上記形態の半導体装置の製造方法において、前記エッチング工程におけるエッチングガスは、主に、塩素（Ｃｌ_２）ガスを用いてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、多段状の層を形成できる。

（５）上記形態の半導体装置の製造方法において、前記エッチング工程におけるエッチングガスは、さらに、塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を含み、前記塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）は、前記塩素（Ｃｌ_２）ガスに対して２％より多く、１０％より少なくてもよい。この形態の半導体装置の製造方法によれば、多段状の層を形成できる。

（６）本発明の他の形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法は、所定のアルゴン流量で、アルミニウム合金を含む第１の層を形成する形成工程と、前記所定のアルゴン流量よりも小さいアルゴン流量として、前記第１の層の上に、アルミニウム合金を含む第２の層を形成する条件変更後形成工程と、前記第１の層と前記第２の層とをエッチングするエッチング工程と、を備える。この形態の半導体装置の製造方法によれば、第２の層の不純物濃度が第１の層の不純物濃度に比べて小さくなる。この結果、第２の層のほうが、第１の層に比べてエッチングされやすくなるため、多段状の層を形成できる。また、この形態の半導体装置の製造方法によれば、第１の層のエッチングと第２の層のエッチングを一度に行うことが出来るため、第１の層のエッチングと第２の層のエッチングをそれぞれ行う場合に比べて、工数を削減できる。

（７）本発明の他の形態によれば、半導体装置が提供される。この半導体装置は、アルミニウム合金を含む第１の層と、前記第１の層の上に形成された、アルミニウム合金を含む第２の層と、を備え、前記第１の層の上面の面積は、前記第２の層の底面の面積よりも大きい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

（８）上記形態の半導体装置において、前記第１の層の抵抗率は、前記第２の層の抵抗率よりも大きくてもよい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

（９）上記形態の半導体装置において、前記第１の層の上面および前記第２の層の上面において、酸化アルミニウム層が形成されていてもよい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

（１０）上記形態の半導体装置において、前記第１の層と前記第２の層とは、相似形としてもよい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

（１１）上記形態の半導体装置において、前記第１の層の上面の端と、前記第２の層の底面の端との最短距離は、１μｍ未満としてもよい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

（１２）上記形態の半導体装置において、さらに、前記第２の層の上に形成された、アルミニウム合金を含む第３の層を備え、前記第２の層の上面の面積は、前記第３の層の底面の面積よりも大きく、前記第１の層の上面の端と、前記第２の層の底面の端との最短距離は、前記第２の層の上面の端と、前記第３の層の底面の端との最短距離よりも大きくてもよい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

（１３）上記形態の半導体装置において、さらに、前記第１の層と、前記第２の層との少なくとも一部を覆う絶縁膜を備えてもよい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

（１４）上記形態の半導体装置において、さらに、前記第１の層の底面と接し、窒化チタンにより形成された窒化チタン層と、前記窒化チタン層の底面と接し、チタンにより形成されたチタン層と、前記チタン層の底面と接し、半導体により形成された半導体層と、を備えてもよい。この形態の半導体装置によれば、第１の層と第２の層の少なくとも一方を覆う絶縁膜を形成する際に、絶縁膜の被覆性を良好にすることができる。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

本発明は、半導体装置およびその製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、本願発明は、上記形態の半導体装置が組み込まれた電気機器、上記形態の半導体装置を製造する製造装置などの形態で実現することができる。

この形態の半導体装置の製造方法によれば、第２の層の不純物濃度が第１の層の不純物濃度に比べて小さくなる。この結果、第２の層のほうが、第１の層に比べてエッチングされやすくなるため、多段状の層を形成できる。また、この形態の半導体装置の製造方法によれば、第１の層のエッチングと第２の層のエッチングを一度に行うことが出来るため、第１の層のエッチングと第２の層のエッチングをそれぞれ行う場合に比べて、工数を削減できる。

特許文献１の配線の形成方法を説明する図。第１実施形態における半導体装置１０の構成を模式的に示す断面図。半導体装置１０を＋Ｘ軸方向側から見た図。アルミニウム合金層９０を覆う絶縁膜８０を備える状態の半導体装置１０を示す模式図。アルミニウム合金層９０Ｚを覆う絶縁膜８０を備える状態の半導体装置１０Ｚを示す模式図。半導体装置１０の製造方法を示す工程図。各サンプルの抵抗率（μΩｃｍ）を示す図。アルミニウム合金層９０の各層の界面において酸化膜層が形成されている状態を模式的に示す図。アルゴン流量（ｓｃｃｍ）と抵抗率（μΩｃｍ）との関係を示す図。本発明を、縦型ＭＯＳＦＥＴ１０Ｂに適用した例を示す断面図。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．半導体装置１０の構成：
図２は、第１実施形態における半導体装置１０の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置１０は、半導体層２０と、チタン層３０と、窒化チタン層４０と、第１の層５０と、第２の層６０と、第３の層７０とを備える。なお、第１の層５０と、第２の層６０と、第３の層７０とを総称して、アルミニウム合金層９０とも呼ぶ。

図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図２のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、半導体層２０に対してチタン層３０が積層する積層方向に沿った軸である。Ｘ軸に沿ったＸ軸方向のうち、＋Ｘ軸方向は、半導体層２０からチタン層３０に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、＋Ｘ軸方向に対向する方向である。図２のＸＹＺ軸のうち、Ｙ軸およびＺ軸は、Ｘ軸に直交すると共に相互に直交する軸である。Ｙ軸に沿ったＹ軸方向のうち、＋Ｙ軸方向は、図２の紙面左から紙面右に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、＋Ｙ軸方向に対向する方向である。Ｚ軸に沿ったＺ軸方向のうち、＋Ｚ軸方向は、図２の紙面手前から紙面奥に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、＋Ｚ軸方向に対向する方向である。

半導体装置１０の半導体層２０は、Ｙ軸およびＺ軸によって規定される面方向に沿って広がる半導体により形成された層である。本実施形態において、半導体層２０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成される。なお、窒化ガリウム（ＧａＮ）から主に形成されるとは、モル分率において、窒化ガリウムを９０％以上含有することを示す。半導体層２０は、チタン層３０の底面（−Ｘ軸方向側の面）と接する。

チタン層３０は、半導体層２０の＋Ｘ軸方向側に積層された層であり、窒化チタン（ＴｉＮ）により形成された層である。本実施形態において、チタン層３０は、半導体層２０と窒化チタン層４０とを接着させる接着層として機能する。チタン層３０は、窒化チタン層４０の底面と接する。

窒化チタン層４０は、チタン層３０の＋Ｘ軸方向側に積層された層であり、チタン（Ｔｉ）により形成された層である。本実施形態において、窒化チタン層４０は、窒化チタン層４０より上の層（５０、６０）から窒化チタン層４０より下の層（２０、３０）へ金属が拡散することを防止するための拡散防止層として機能する。窒化チタン層４０は、第１の層５０の底面と接する。

第１の層５０は、窒化チタン層４０の上（＋Ｘ軸方向側）に形成された層であり、アルミニウム合金を含む層である。第２の層６０は、第１の層５０の上（＋Ｘ軸方向側）に形成された層であり、アルミニウム合金を含む層である。第３の層７０は、第２の層６０の上（＋Ｘ軸方向側）に形成された層であり、アルミニウム合金を含む層である。

第１の層５０の上面（＋Ｘ軸方向側の面）は、第２の層６０の底面（＋Ｘ軸方向側の面）よりも大きい。第２の層６０の上面（＋Ｘ軸方向側の面）は、第３の層７０の底面（＋Ｘ軸方向側の面）よりも大きい。つまり、第１の層５０と、第２の層６０と、第３の層７０とは、多段状に形成されている。

後に詳述する製造方法により、第１の層５０の抵抗率は、第２の層６０の抵抗率よりも大きい。また、第２の層６０の抵抗率は、第３の層７０の抵抗率よりも大きい。一般に、アルミニウム合金層におけるアルミニウムの純度が高いほど、アルミニウム合金層の抵抗率が低くなる。また、アルミニウム合金層におけるアルミニウムの純度が高いほど、エッチングを行なう際にエッチングされやすくなる。抵抗率は、第１の層５０、第２の層６０、第３の層７０の順に低くなる。このため、アルミニウムの純度は、第１の層５０、第２の層６０、第３の層７０の順に高くなり、この順に、エッチングされやすくなる。この特性を生かすことにより、半導体装置１０のアルミニウム合金層９０は、多段状に形成されている。

図３は、半導体装置１０を＋Ｘ軸方向側から見た図である。第１の層５０の上面の面積は、第２の層６０の底面の面積よりも大きい。また、第２の層６０の上面の面積は、第３の層７０の底面の面積よりも大きい。第１の層５０の上面の端と、第２の層６０の底面の端との最短距離Ｗ１は、第２の層６０の上面の端と、第３の層７０の底面の端との最短距離Ｗ２よりも大きい。この理由は、後に詳述する。最短距離Ｗ１は、１μｍ未満である。本実施形態において、最短距離Ｗ１は、０．６μｍである。

また、本実施形態において、第１の層５０と第２の層６０と第３の層７０とは、いずれも相似形である。第１の層５０と第２の層６０と第３の層７０とは、この順に、各層の平面内に等方的に収縮された形状を成している。

図４は、アルミニウム合金層９０を覆う絶縁膜８０を備える状態の半導体装置１０を示す模式図である。

図５は、アルミニウム合金層９０Ｚを覆う絶縁膜８０を備える状態の半導体装置１０Ｚを示す模式図である。半導体装置１０Ｚは、半導体装置１０と比べて、アルミニウム合金層９０Ｚが多段状ではなく一つの層で形成されている点が異なるが、それ以外は同じである。

図５において、アルミニウム合金層９０Ｚは多段状ではなく、絶縁膜８０よりも厚い膜厚であるため、アルミニウム合金層９０Ｚの側面の底部周辺である領域ｓにおいて、絶縁膜８０を分断する空隙が発生している。このように、絶縁膜８０の被覆性が悪い場合、他の電極や配線とアルミニウム合金層９０Ｚとが接する虞があり、接した場合にショートを起こす虞がある。一方、図４において、アルミニウム合金層９０は多段状である。このため、第１の層５０の露出している上面と、第２の層６０の露出している上面とにおいて、絶縁膜８０が接する。この結果、半導体装置１０を絶縁膜８０で覆った場合、図５の領域ｓに示すような絶縁膜８０を分断する空隙は発生せず、絶縁膜８０の被覆性は良好である。

Ａ２．半導体装置１０の製造方法：
図６は、半導体装置１０の製造方法を示す工程図である。まず、工程Ｐ１００において、半導体層２０の上面にチタン層３０と窒化チタン層４０とを形成する。本実施形態において、製造者は、まず、半導体層２０を有機洗浄した後、半導体層２０を非酸素雰囲気のスパッタ装置に投入する。次に、製造者は、スパッタリングにより、半導体層２０の上面にチタン層３０と、窒化チタン層４０とを、この順に形成する。「非酸素雰囲気」とは、酸素の分圧が、大気における酸素の分圧の１％未満である雰囲気をいう。なお、スパッタリング時の条件は使用する機器により異なるため、適宜最適な条件に設定する。以下、各層のスパッタリング時も同様とする。

工程Ｐ１０５において、製造者は、所定のアルゴン（Ａｒ）流量で、窒化チタン層４０の上（＋Ｘ軸方向側）に、アルミニウム合金を含む第１の層５０を形成する。成膜条件は、ＤＣパワーを５００Ｗとし、アルゴン流量を２９ｓｃｃｍとする。本実施形態において、第１の層５０の厚みは、６００ｎｍとする。「工程Ｐ１０５」を、「形成工程」とも呼ぶ。

次に、工程Ｐ１１０において、所定時間の放置後、製造者は、第１の層５０の上に、第２の層６０を形成する。本実施形態において、所定時間は、４時間とする。具体的には、製造者は、ＤＣパワーをＯＦＦとし、スパッタ装置へのアルゴンの導入を停止した状態において、放置する。放置は、非酸素雰囲気に保たれた成膜室内において行われる。アルミニウム合金層９０を多段状に形成する観点から、放置時間は、１時間以上が好ましく、２時間以上がより好ましい。一方、半導体装置１０の製造を迅速に行うために、放置時間は、１０時間以下が好ましく、５時間以下がより好ましい。本実施形態において、所定時間は、４時間とする。

そして、所定時間の放置後、製造者は、第１の層５０の上に、第２の層６０を形成する。本実施形態において、第２の層６０の厚みは、６００ｎｍとする。本実施形態において、所定時間後のスパッタ装置の成膜室の真空度は、チタン層３０や窒化チタン層４０や第１の層５０の成膜開始前の成膜質の真空度（〜８．０×１０^−５Ｐａ）より高く、１．０×１０^−５Ｐａに達している。「工程Ｐ１１０」を、「放置後形成工程」とも呼ぶ。

次に、工程Ｐ１１５において、製造者は、所定時間の放置後、第２の層６０の上に、第３の層７０を形成する。本実施形態において、所定時間は、４時間とし、第３の層７０の厚みは、６００ｎｍとする。その後、工程Ｐ１２０において、製造者は、第３の層７０の上に、フォトレジストによりレジストパターンを形成する。

次に、工程Ｐ１３０において、製造者は、チタン層３０から第３の層７０までの全ての層のエッチングを行う。本実施形態において、エッチングは、ドライエッチングにより行う。工程Ｐ１３０は、第１の層５０と第２の層６０とをエッチングする工程であり、「エッチング工程」とも呼ぶ。エッチングガスとして、主に、塩素（Ｃｌ_２）ガスを用いる。

本実施形態において、ドライエッチングの条件としては、エッチングマスクとしてのフォトレジストに対するアルミニウム合金の選択比Ｒを６とする。「選択比Ｒ」とは、フォトレジストのエッチングレートに対するアルミニウム合金のエッチングレートとする。つまり、本実施形態において、アルミニウム合金のエッチングレートは、フォトレジストのエッチングレートの６倍である。選択比Ｒは、４以上６以下が好ましい。この範囲とすることにより、アルミニウム合金を含む層の側面のエッチングを、より効果的に行うことができる。この結果として、より確実に、アルミニウム合金層９０を多段状の層とすることができる。

選択比Ｒを好ましい範囲とする方法として、エッチングガスに、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を、塩素（Ｃｌ_２）ガスに対して、２％より多く、１０％より少なく配合する方法が挙げられる。本実施形態において、塩素（Ｃｌ_２）ガスに対する三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）の割合を約３％とする。

三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）の割合を上記のとおり調整することにより、アルミニウム合金のエッチングは、化学的な反応が優勢となり、エッチングが等方的に進むようになる。この結果、アルミニウム合金層９０の側面（Ｙ軸方向の面）にエッチングが入る。この化学的な反応は、エッチングガスに含まれる塩素（Ｃｌ_２）ガスとアルミニウム合金層９０に含まれるアルミニウム（Ａｌ）による反応であり、アルミニウム合金層９０の中のアルミニウム（Ａｌ）の純度が高いほど、反応が進行し、アルミニウム合金層９０の側面へのエッチングが進む。

最後に、工程Ｐ１３５において、製造者は、レジストパターンを除去する。以上の工程により、半導体装置１０が完成する。

本実施形態の半導体装置１０の製造方法では、アルミニウム合金層９０における各層の形成の間に放置時間を設けることにより、スパッタ装置の成膜室内の残留雰囲気（例えば、酸素や水素）が半導体層２０やアルミニウム合金層９０に取り込まれる（この現象を、「ゲッタリング」とも呼ぶ）。具体的には、工程Ｐ１１０における放置時間により第１の層５０へ残留雰囲気が取り込まれ、工程Ｐ１１５における放置時間により第２の層６０へ残留雰囲気が取り込まれる。このため、成膜室内の残留雰囲気は、（ｉ）第１の層５０の形成（工程Ｐ１０５）時、（ｉｉ）第２の層６０の形成（工程Ｐ１１０）時、（ｉｉｉ）第３の層７０の形成（工程Ｐ１１５）時の順で減少する。よって、第１の層５０、第２の層６０、第３の層７０の順で、アルミニウム合金層９０の中のアルミニウム（Ａｌ）の純度が高くなり、アルミニウム合金層９０の側面へのエッチング量が大きくなる。このため、アルミニウム合金層９０は多段状となる。

なお、アルミニウム合金層９０の各層（５０，６０，７０）の純度が、第１の層５０、第２の層６０、第３の層７０の順で高くなることを示すデータとして、以下のデータを示す。

図７は、各サンプルの抵抗率（μΩｃｍ）を示す図である。サンプル１は、一度に２μｍ成膜したアルミニウム合金層の抵抗率を示す。サンプル２は、成膜を３回に分けて２μｍ成膜したアルミニウム合金層の抵抗率を示す。サンプル２の成膜工程において、１回目の成膜と２回目の成膜の間、および、２回目の成膜と３回目の成膜の間は、それぞれ４時間の放置時間を設けた。サンプル３は、純アルミニウム（Ａｌ）の抵抗率を示す。なお、サンプル１とサンプル２は、ともに、スパッタリングにより成膜を行い、上記した条件の違い以外の条件は同じとした。

図７の結果から、１度に成膜したサンプル１と比べて、成膜を３回に分けて成膜したサンプル２のほうが、抵抗率が低いことが分かる。この結果から、サンプル２はサンプル１と比べて、アルミニウム純度が高く、純アルミニウム（Ａｌ）に近いことが分かる。また、サンプル２における１回目の成膜により得られた膜の抵抗率は、サンプル１の膜と同じと考えられるため、サンプル２における２層目、３層目の膜の抵抗率が、この順に低くなることがわかる。つまり、この結果から、アルミニウム純度は、第１の層５０、第２の層６０、第３の層７０の順に高くなることが分かる。なお、抵抗率の差を発生させるアルミニウム合金中の不純物濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）では検出することができない程度であると考えられる。

また、上記製造方法のドライエッチング工程（工程Ｐ１３０）において、プラズマ発光を分光分析したところ、酸素に起因する発光が、第３の層７０に比べて第１の層５０のほうで強く観察された。この結果からも、アルミニウム純度は、第１の層５０、第２の層６０、第３の層７０の順に高くなることが分かる。

また、アルミニウム合金層９０の各層の界面に相当する処理時間（全体の処理時間における３分の１のとき、３分の２のとき、３分の３のとき）で酸素に起因する発光に極大値が見られたため、アルミニウム合金層９０の各層の界面において酸素が多く取り込まれた薄い酸化膜層が形成されている可能性が高い。

図８は、アルミニウム合金層９０の各層の界面において酸化膜層が形成されている状態を模式的に示す図である。半導体装置１０においては、第１の層５０の上面において酸化アルミニウム層５０Ｘが形成されている可能性が高く、第２の層６０の上面において酸化アルミニウム層６０Ｘが形成されている可能性が高く、第３の層７０の上面において酸化アルミニウム層５０Ｘが形成されている可能性が高い。

また、アルミニウム合金層９０の各層の膜質は、第２の層６０と第３の層７０との差に比べて、第１の層５０と第２の層６０との差のほうが顕著であった。つまり、酸素に起因する発光の差は、第２の層６０と第３の層７０との差に比べて、第１の層５０と第２の層６０との差のほうが顕著であった。このため、第１の層５０の上面の端と、第２の層６０の底面の端との最短距離Ｗ１は、第２の層６０の上面の端と、第３の層７０の底面の端との最短距離Ｗ２よりも大きい（図３参照）。よって、より確実に、アルミニウム合金層９０を多段状の層とする観点から、アルミニウム合金層９０は、少なくとも２層構造であり、４層構造以下が好ましく、３層構造がより好ましい。

また、本実施形態の半導体装置１０の製造方法によれば、位置あわせの精度は考慮する必要がない。ここで、位置あわせの精度とは、半導体層２０に形成されたパターンに対して、新たに別のパターンをあわせる精度であり、露光装置のマスクアライナやステッパなどのアライメントや、露光装置の能力に依存する。従来のアルミニウム合金層９０の形成方法では、第１の層５０を形成した後、第２の層６０を形成するために位置あわせを行う必要があり、第２の層６０を形成した後、第３の層７０を形成するために位置あわせを行う必要があった。しかし、本実施形態の半導体装置１０の製造方法によれば、一度のエッチングによりアルミニウム合金層９０が形成されるため、位置あわせの精度は考慮する必要がない。このため、本実施形態の半導体装置１０の製造方法によれば、精度の高いアルミニウム合金層９０を形成できる。

Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態における製造方法は、第１実施形態における製造方法と比較して、第２の層６０の形成工程（工程Ｐ１１０）と第３の層７０の形成工程（工程Ｐ１１５）とが異なるが、それ以外は同じである。

具体的には、第１の層５０の形成（工程Ｐ１０５）後、工程Ｐ１１０Ａにおいて、製造者は、工程Ｐ１０５におけるアルゴン流量よりも小さいアルゴン流量として、第１の層５０の上に、アルミニウム合金を含む第２の層６０Ａを形成する。「工程Ｐ１１０Ａ」を「条件変更後形成工程」とも呼ぶ。

次に、工程Ｐ１１０Ａにおいて、製造者は、工程Ｐ１０５におけるアルゴン流量よりも小さいアルゴン流量として、第２の層６０Ａの上に、アルミニウム合金を含む第３の層７０Ａを形成する。

第２実施形態における製造方法においても、第１の層５０と、第２の層６０Ａと、第３の層７０Ａとからなるアルミニウム合金層９０Ａは多段状になる。また、本実施形態における製造方法によれば、放置時間が必要ではないため、半導体装置１０Ａの製造時間を短縮できる。

図９は、アルゴン流量（ｓｃｃｍ）と抵抗率（μΩｃｍ）との関係を示す図である。図９において、横軸は、アルゴン流量（ｓｃｃｍ）とし、縦軸は、対応するアルゴン流量でスパッタリングにより成膜したアルミニウム合金層の抵抗率を示す。実験条件としては、シリコン（Ｓｉ）基板上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の層を形成した後、その上に、厚み６００ｎｍのアルミニウム合金層を形成して、その抵抗率を測定した。実験条件は、アルゴン流量が異なる以外は同じとした。

図９の結果から、アルゴン流量を大きくするほど、アルミニウム合金層の抵抗率が高くなることがわかる。この理由としては、アルゴン流量が大きいほど、成膜中にアルミニウム合金層へ不純物が入りやすいことが考えられる。この傾向を利用して、（ｉ）第２の層６０Ａの形成時のアルゴン流量を、第１の層５０の形成時のアルゴン流量よりも小さくし、（ｉｉ）第３の層７０Ａの形成時のアルゴン流量を、第２の層６０Ａの形成時のアルゴン流量よりも小さくする。この結果、本実施形態における半導体装置１０Ａのアルミニウム合金層９０Ａを多段状に形成できる。アルミニウム合金層のアルゴン流量は、５ｓｃｃｍから３０ｓｃｃｍを例示できる。

Ｃ．変形例：
この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
本実施形態において、アルミニウム合金層９０は、第１の層５０と、第２の層６０と、第３の層７０の三層としたが、本発明はこれに限られない。アルミニウム合金層９０は、２層としてもよく、４層以上としてもよい。

Ｃ２．変形例２：
本発明として、半導体装置１０を用いて説明したが、本発明は、厚い膜厚（例えば、１μｍ以上）の電極を備える半導体装置であれば、どのような半導体装置に用いても良い。例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やショットキーダイオードに本発明を用いてもよい。

図１０は、本発明を、縦型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）１０Ｂに適用した例を示す断面図である。縦型ＭＯＳＦＥＴ１０Ｂは、基板１１０と、Ｎ型半導体層１２０と、Ｐ型半導体層１３０と、Ｎ型半導体層１４０と、電極２１０，２３０，２５０と、絶縁膜３４０と、配線４００と、絶縁膜５００とを備える。

基板１１０、Ｎ型半導体層１２０、Ｐ型半導体層１３０、Ｎ型半導体層１４０は、いずれも窒化ガリウム（ＧａＮ）により形成された半導体層である。Ｎ型半導体層１２０は、「ｎ^-−ＧａＮ」とも呼ばれる。Ｐ型半導体層１３０は、「ｐ−ＧａＮ」とも呼ばれる。Ｎ型半導体層１４０は、「ｎ⁺−ＧａＮ」とも呼ばれる。

電極２１０は、基板１１０の面であって、Ｎ型半導体層１２０と接する面とは反対側の面と接するドレイン電極である。本実施形態では、電極２１０は、チタン（Ｔｉ）から形成される層にアルミニウム（Ａｌ）から形成される層を積層した後に焼成することによって形成される。

電極２３０は、Ｐ型半導体層１３０に形成されたボディ電極としての機能とＮ型半導体層１４０に形成されたソース電極としての機能を兼ねる電極である。電極２３０は、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）から形成される積層体を焼成することによって形成される。

電極２５０は、Ｎ型半導体層１４０の＋Ｘ軸方向側から、Ｐ型半導体層１３０と、Ｎ型半導体層１４０とを貫通し、Ｎ型半導体層１２０まで達するトレンチ１８４に、絶縁層３４５を介して形成されたゲート電極である。電極２５０は、アルミニウム（Ａｌ）から形成される。

絶縁膜３４０は、電極２３０や電極２５０の間に設けられ、各電極間の絶縁性を確保するために設けられている。絶縁膜３４０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）により形成されている。

配線４００は、縦型ＭＯＳＦＥＴ１０Ｂに設けられた電極を、他のデバイスと接続するために設けられている。配線４００は、第１実施形態のアルミニウム合金層９０に対応する金属層である。

絶縁膜５００は、配線４００の少なくとも一部を覆い、縦型ＭＯＳＦＥＴ１０Ｂを水やほこりなどから保護するために設けられている。絶縁膜５００は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や窒化ケイ素（ＳｉＮ_Ｘ）により形成されている。

配線４００は、大きな電流を流した場合にも対応できるようにするため、膜厚は１μｍ以上である。このため、配線４００を絶縁膜５００で覆う場合に、配線４００の側面（Ｙ、Ｚ軸方向の面）が多段状でない場合、配線４００と絶縁膜５００とが接する領域ｔや領域ｕにおいて、絶縁膜５００の被覆性が悪く、図５に示したような空隙が発生する虞がある。しかし、本実施形態における配線４００のように、領域ｔ、ｕを、多段状に形成することにより、絶縁膜５００の被覆性は良好となる。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…半導体装置
１０Ａ…半導体装置
１０Ｚ…半導体装置
２０…半導体層
３０…チタン層
４０…窒化チタン層
５０…第１の層
５０Ｘ…酸化アルミニウム層
６０…第２の層
６０Ａ…第２の層
６０Ｘ…酸化アルミニウム層
７０…第３の層
７０Ａ…第３の層
８０…絶縁膜
９０…アルミニウム合金層
９０Ａ…アルミニウム合金層
９０Ｚ…アルミニウム合金層
１１０…基板
１２０…Ｎ型半導体層
１３０…Ｐ型半導体層
１４０…Ｎ型半導体層
１８４…トレンチ
２１０…電極
２３０…電極
２５０…電極
３４０…絶縁膜
３４５…絶縁層
４００…配線
５００…絶縁膜
ＡＸ…中心軸
Ｒ…選択比
Ｗ１…最短距離
Ｗ２…最短距離
ｓ…領域
ｔ…領域
ｕ…領域

Claims

半導体装置の製造方法であって、
アルミニウム合金を含む第１の層を形成する形成工程と、
所定時間の放置後、前記第１の層の上に、アルミニウム合金を含む第２の層を形成する放置後形成工程と、
前記第１の層と前記第２の層とをエッチングするエッチング工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程は、ドライエッチングにより行う、半導体装置の製造方法。
請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程において、
エッチングマスクに対するアルミニウム合金の選択比が４以上６以下である、半導体装置の製造方法。
請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程におけるエッチングガスは、主に、塩素（Ｃｌ_２）ガスを用いる、半導体装置の製造方法。
請求項４に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記エッチング工程におけるエッチングガスは、さらに、塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を含み、
前記塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）は、前記塩素（Ｃｌ_２）ガスに対して２％より多く、１０％より少ない、半導体装置の製造方法。
半導体装置の製造方法であって、
所定のアルゴン流量で、アルミニウム合金を含む第１の層を形成する形成工程と、
前記所定のアルゴン流量よりも小さいアルゴン流量として、前記第１の層の上に、アルミニウム合金を含む第２の層を形成する条件変更後形成工程と、
前記第１の層と前記第２の層とをエッチングするエッチング工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。
半導体装置であって、
アルミニウム合金を含む第１の層と、
前記第１の層の上に形成された、アルミニウム合金を含む第２の層と、を備え、
前記第１の層の上面の面積は、前記第２の層の底面の面積よりも大きい、半導体装置。
請求項７に記載の半導体装置であって、
前記第１の層の抵抗率は、前記第２の層の抵抗率よりも大きい、半導体装置。
請求項７または請求項８に記載の半導体装置であって、
前記第１の層の上面および前記第２の層の上面において、酸化アルミニウム層が形成された、半導体装置。
請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記第１の層と前記第２の層とは、相似形である、半導体装置。
請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記第１の層の上面の端と、前記第２の層の底面の端との最短距離は、１μｍ未満である、半導体装置。
請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置であって、さらに、
前記第２の層の上に形成された、アルミニウム合金を含む第３の層を備え、
前記第２の層の上面の面積は、前記第３の層の底面の面積よりも大きく、
前記第１の層の上面の端と、前記第２の層の底面の端との最短距離は、前記第２の層の上面の端と、前記第３の層の底面の端との最短距離よりも大きい、半導体装置。
請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載の半導体装置であって、さらに、
前記第１の層と、前記第２の層との少なくとも一部を覆う絶縁膜を備える、半導体装置。
請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体装置であって、さらに、
前記第１の層の底面と接し、窒化チタンにより形成された窒化チタン層と、
前記窒化チタン層の底面と接し、チタンにより形成されたチタン層と、
前記チタン層の底面と接し、半導体により形成された半導体層と、を備える、半導体装置。