JP2016219531A - パワー半導体素子用Ａｌ合金膜 - Google Patents

Abstract

【課題】段差被覆性に優れ、ウェットエッチングにおけるＳｉ等の残渣の発生が抑えられ、且つ、パワー半導体素子の製造工程で約４００℃以上の高温下に曝された場合でもＡｌスパイクの発生が抑制されて耐熱性に優れたパワー半導体素子用Ａｌ合金膜を提供する。【解決手段】パワー半導体素子用Ａｌ合金膜は、金属成分として、Ｓｉと、Ｌａ、Ｎｉ及びＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む。Ａｌ合金膜は、電極及び電気配線を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、パワー半導体素子用Ａｌ合金膜およびそれを備えたパワー半導体素子、並びにパワー半導体素子用Ａｌ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットに関する。詳細にはパワー半導体素子の電極や電気配線に用いられるＡｌ合金膜に関する。

パワー半導体素子とは、数アンペアから１０００アンペア程度の電流を制御する電力変換用半導体素子または電力制御用半導体素子である。近年、例えばパワーＭＯＳ型電界効果型トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、パワーＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）などの、絶縁ゲート型のパワー半導体素子が普及している。

図１を参照しながら、一般的なＩＧＢＴの構成を説明する。ｐ型のコレクタ層２にはコレクタ電極１が接続されている。なお、コレクタ電極１は、図１では図示していない回路基板などに半田層を介して固定・接続されている。コレクタ層２の上にｎ型のベース層３が形成されている。ｎ型のベース層３の上部にはｐ型のボディー領域４が形成され、その内部にｎ型のエミッタ層５が形成されている。２つのエミッタ層５間にあるｎ型のベース層３の領域がチャネル領域であり、そのチャネル領域上には、ゲート絶縁膜６、ゲート電極７および層間絶縁膜８が形成されている。また、エミッタ層５の上部には電極層９としてエミッタ電極が形成されている。一般的にこれらのｎ型領域やｐ型領域は、Ｓｉなどからなる基板にＰやＢが元々含まれるか、領域ごとに決められたドーズ量、加速電圧、注入角度にてＰやＡｓ、Ｂをイオン注入した後に、領域ごとに決められた温度、時間で活性化の熱処理を行うことで形成される。

チャネル領域がｐ型のＩＧＢＴでは、電極層９であるエミッタ電極に負のバイアス、裏面電極であるコレクタ電極１に正のバイアスを印加するのと並行し、ゲート電極７に正のバイアスを印加することで、チャネル領域に反転層が形成され、エミッタ層５とｎ型ベース層３が反転層で接続されて電流が流れる。この電流はコレクタ電極１に流れる。上記エミッタ電極、コレクタ電極１などの電極には、例えば純ＡｌやＡｌ−Ｓｉ合金等のＡｌ系膜が用いられている。

上記電極に用いられるＡｌ系膜は通常、スパッタリング法で作製される。例えばＩＧＢＴのエミッタ電極を形成する場合、まず、スパッタリング法によってＡｌ−Ｓｉ合金等のＡｌ合金膜を、大きな段差形状を有するゲート電極７および層間絶縁膜８に沿って被覆した後、フォトリソグラフィによるパターニングおよびウェットエッチングによって所定の電極部位および電気配線部位のみにＡｌ合金膜を残して他の部位のＡｌ合金膜を除去して形成する。

図１に示すようにエミッタ電極は段差形状を有し、且つ、Ｓｉ基板表面のエミッタ層５とボディー領域４と直接コンタクトをとる必要がある。そのため、エミッタ電極に用いられるＡｌ合金膜は、段差被覆性（ステップカバレッジ性とも呼ばれる）に優れることが要求される。具体的には、段差を構成する平坦部および側面部の両方が均一な膜厚で被覆されており、被覆の連続性を維持している程、段差被覆性に優れている。これに対し、段差被覆性が悪いと、エミッタ電極のエミッタ層５およびボディー領域４とＡｌ合金膜との接続を十分にとることができないためにコンタクト抵抗が大きくなり、ＩＧＢＴの電気特性が低下する。

そこで、スパッタリング法によってＡｌ合金膜を成膜する際、Ｓｉ基板の温度を例えば２００〜４００℃程度の温度に加熱して段差被覆性を改善する場合がある。また、スパッタリング後、イオンドーピングなどの工程で活性化処理として約４００℃程度の加熱処理を行う場合があるが、一般にＡｌ合金膜は４００℃以上の高温に曝されるとＡｌスパイクが発生し易くなるという問題がある。

Ａｌスパイクは、Ａｌがスパイク状にエミッタ層５およびボディー領域４に突き出る現象であり、Ａｌ合金膜とエミッタ層５およびボディー領域４とが接している界面において、エミッタ層５およびボディー領域４からＡｌ合金膜にＳｉが拡散することに起因して発生する。Ａｌスパイクが発生すると、エミッタ層５またはボディー領域４でＩＧＢＴの電流リークが発生し、ＩＧＢＴの電気特性が低下する。なお、Ａｌスパイクの発生は、上述したＡｌ合金膜の成膜工程のみならず、それ以外のパワー半導体素子製造工程であって高温に曝される任意の製造工程で見られる問題である。

また、ＩＧＢＴのエミッタ電極を形成する際、ウェットエッチング後に残るＳｉ等の残渣は、エミッタ電極のワイヤボンディングの不良を生じる虞があることが指摘されている。通常、純Ａｌ膜やＡｌ合金膜のウェットエッチングでは、ＰＡＮと呼ばれるリン酸と硝酸と酢酸と水との混合薬液が用いられるが、ＰＡＮによりＡｌ合金膜をエッチングすると、Ｓｉ等の残渣が発生し易い。

半導体素子の電極などに用いられるＡｌ合金膜として、例えば特許文献１および２が挙げられる。このうち特許文献１には、半導体素子の製造工程で高温下に曝された場合であってもヒロックの発生が抑制されて高温耐熱性に優れたＡｌ合金膜として、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔｉ、ＣｒおよびＰｔよりなる群（Ｘ群）から選択される少なくとも一種の元素と、Ｓｉおよび／またはＧｅとを含むＡｌ合金膜が開示されている。上記Ｘ群元素は、融点が概ね１６００℃以上の高融点金属から構成されており、高温下の耐熱性向上に寄与する元素であり、Ｘ群元素の好ましい含有量は０．１〜５原子％である。

また、特許文献２には、合金成分としてＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の遷移元素のうちの一種又は二種以上を合計で０．１〜５．０ａｔ％含有すると共にＳｉ、Ｇｅのうちの一種又は二種を合計で０．１〜５．０ａｔ％含有するＡｌ合金膜が開示されている。これらの元素は、耐ＳＭ（ストレスマイグレーション）性および耐ＥＭ（エレクトロマイグレーション）性の向上に有効であり、ＩＶａ族の元素としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ；Ｖａ族の元素としてＶ、Ｎｂ、Ｔａ；ＶＩａ族の元素としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ；ＶＩＩａ族の元素としてＭｎ、Ｔｃ、Ｒｅがそれぞれ、挙げられている。

特開２０１２−２４３８７６号公報 特開平７−９０５５２号公報

上述したようにＡｌ合金膜をＩＧＢＴのエミッタ電極などの金属配線材料に用いる場合、下記（１）〜（３）の特性を全て満足することが要求されるが、前述した特許文献１〜２はこれらについて考慮していない。
（１）Ａｌ合金膜をスパッタリング法で成膜するときの基板温度を約２００〜４００℃の高温に高めることなく室温で成膜しても、段差被覆性に優れること。段差被覆性については、成膜時の基板温度の加熱による影響はあまり見られないが、生産コストやスループットなどを考慮すると、加熱しないで成膜しても段差被覆性に優れることが要求される。
（２）Ａｌ合金膜を成膜後、ＰＡＮなどに代表されるＡｌ合金膜のウェットエッチング液でエッチングしたとき、Ｓｉ等の残渣が発生しないこと（ウェットエッチング残渣レス特性）。例えばスパッタ時のパワーを高めるなどして高速成膜を行う場合、成膜中に析出物が或る程度成長してエッチング残渣が生じやすくなるが、そのような場合でもエッチング時の残渣が生じないことが要求される。
（３）Ａｌ合金膜を成膜後、例えば約４５０℃程度の高温加熱処理を行っても、Ａｌスパイクの発生が抑制されて耐熱性に優れること（Ａｌスパイク耐性）。上述したとおりＡｌスパイクは約４００℃以上の高温に曝されると発生し易くなるが、その場合でもＡｌスパイクの発生を抑えられることが要求される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エミッタ電極などのような段差を有するコンタクト形状の電極に好適に用いられるＡｌ合金膜であって、段差被覆性に優れると共に、ウェットエッチングにおけるＳｉ等の残渣の発生が抑えられ、且つ、パワー半導体素子の製造工程で約４００℃以上の高温下に曝された場合でもＡｌスパイクの発生が抑制されて耐熱性に優れたパワー半導体素子用Ａｌ合金膜を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記Ａｌ合金膜を備えたパワー半導体素子、および上記Ａｌ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットを提供することにある。

上記課題を解決し得た本発明のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜は、金属成分として、Ｓｉと、Ｌａ、Ｎｉ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、を含むことに要旨を有する。本発明のＡｌ合金膜は、電極および電気配線を含む。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ａｌ合金膜の膜厚は５００ｎｍ〜５μｍである。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｓｉの含有量は０．５〜２原子％である。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｌａの含有量は０．１〜２原子％である。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｎｉまたは前記Ｔａの含有量は０．２５〜１原子％である。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｓｉの含有量を原子％でｘ、上記Ｌａの含有量を原子％でｙとしたとき、下式（１）の関係を満足する。
ｘ≦４×ｙ・・・（１）

本発明には、上記のいずれかに記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜を有するパワー半導体素子も包含される。

また、上記課題を解決し得た本発明のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットは、Ｓｉと、Ｌａ、Ｎｉ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物であることに要旨を有する。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｓｉの含有量は０．５〜２原子％である。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｌａの含有量は０．１〜２原子％である。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｎｉまたは上記Ｔａの含有量は０．２５〜１原子％である。

本発明の好ましい実施形態において、上記Ｓｉの含有量をｘ原子％、上記Ｌａの含有量をｙ原子％としたとき、下式（１）の関係を満足する。
ｘ≦４×ｙ・・・（１）

本発明のＡｌ合金膜は、段差被覆性およびウェットエッチング残渣レス特性に優れると共に、高温加熱後のＡｌスパイク耐性にも優れているため、例えばエミッタ電極のように段差形状があってエミッタ層およびボディー領域と直接コンタクトをとらなければならない電極用金属配線膜として極めて有用である。その結果、本発明のＡｌ合金膜を用いれば、信頼性に極めて優れたパワー半導体素子を提供することができる。

図１は、一般的なＩＧＢＴの構成を示す概略断面図である。 図２は、実施例において、段差被覆性、ウェットエッチング残渣レス特性、およびＡｌスパイク耐性の評価基準を示す図である。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、Ｓｉと、Ｌａ、Ｎｉ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、を含むＡｌ−Ｓｉ−（Ｌａ、Ｎｉ、Ｔａの少なくとも一種）合金膜；好ましくはＳｉと、Ｌａと、Ｎｉ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、を含むＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ、Ｔａの少なくとも一種）合金膜を用いれば上記課題を達成できることを見出した。本明細書において、上記Ａｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ、Ｔａの少なくとも一種）合金膜を、Ａｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜と表記する場合がある。

本発明のＡｌ合金膜を用いれば、生産性などを考慮して基板を加熱せずに室温で成膜しても段差被覆性に優れ、高速成膜後もウェットエッチング時の残渣が生じず、例えばＮ₂雰囲気下で４５０℃の高温熱処理を施してもＳｉ拡散が抑制されてＡｌスパイクの発生が抑えられる。

以下、本発明のＡｌ合金膜について詳述する。上述したように本発明のＡｌ合金膜は、金属成分として、Ｌａ、Ｎｉ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Ｓｉと、を含む点に特徴がある。本明細書では、Ｌａ、Ｎｉ、およびＴａよりなる群をＸ群と呼び、上記Ｘ群に属する元素（Ｌａ、Ｎｉ、Ｔａ）をＸ群元素と呼ぶ場合がある。

本発明のＡｌ合金膜は、Ｓｉを含むことが前提である。Ｓｉは、基板温度を高温に高めたときの段差被覆性に寄与する元素だからである。Ｓｉの好ましい含有量は、０．５〜２原子％である。Ｓｉの含有量が０．５原子％未満では、段差被覆性およびＡｌスパイク耐性が低下する。一方、Ｓｉの含有量が２原子％を超えると、ウェットエッチング残渣レス特性が劣化し易くなる。より好ましいＳｉの含有量は、１．０原子％以上、１．２原子％以下である。

本発明のＡｌ合金膜において上記Ｘ群元素は、融点が１０００〜３０００℃の高融点金属のうち、段差被覆性、Ａｌスパイク耐性、ウェットエッチング残渣レス特性の向上に寄与する元素として数多くの基礎実験に基づいて選択された元素である。上記Ｘ群元素は、単独で添加しても良いし、二種以上を併用しても良い。

従来技術との関係で言えば、本発明のＡｌ合金膜は、Ｓｉを含有するＡｌ−Ｓｉ合金において、所望とする全ての特性向上に寄与する元素として上記三種類のＸ群元素を選択した点に特徴がある。後記する実施例で実証したようにＸ群元素を含まないＡｌ−Ｓｉ合金は、段差被覆性、およびウェットエッチング残渣レス特性に劣っているのに対し、Ａｌ−Ｓｉ合金に上記Ｘ群元素を含むＡｌ−Ｓｉ−Ｘ群元素合金膜を用いると、上記特性が全て向上した。

なお、上記特許文献１および２においても、上記Ｘ群元素と重複する元素を含むＡｌ合金膜が開示されている。しかしながら、これらの特許文献では、上記特性を全て備えたＡｌ合金膜の提供を全く意図していないため、例えば、本発明では上記特性を満足しないために排除している元素も、使用可能な元素として例示している。例えば上記特許文献ではＴａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔを使用可能な元素として例示しているが、本発明者らの検討結果によれば、これらのうち少なくともＮｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｈｆは段差被覆性、ウェットエッチング残渣レス特性、Ａｌスパイク耐性の全てに劣ることが判明した。

或は、表示装置などに用いられるＡｌ合金膜では通常、Ｌａ、Ｎｄなどの希土類元素を耐熱性向上元素として使用することが多いが、本発明者らの検討結果によれば、Ｎｄは段差被覆性、ウェットエッチング残渣レス特性、Ａｌスパイク耐性の全てに劣ることが判明した。ＬａとＮｄはいずれも希土類元素であり、従来の知見ではいずれも耐熱性向上作用を有する元素群であると位置づけられている。これに対し、希土類元素のうちＬａは本発明の要求特性を満足し得、 Ｎｄは本発明の要求特性を満足しないとの実験結果は、従来からは到底予測できないものである。

本発明において上記Ｘ群元素の作用は、厳密には元素の種類によって相違する。具体的には、上記Ｘ群元素のうちＬａは、主にウェットエッチング残渣レス特性の向上に寄与する元素であり、一方、上記Ｘ群元素のうちＮｉおよびＴａは、主に段差被覆性、およびＡｌスパイク耐性の向上に寄与する元素である。

ここで、Ｌａと；Ｎｉ、Ｔａとの間で、厳密には主な作用が異なる理由はこれらの原子半径が相違するためと推察される。これらの原子半径を大きい順に並べると、Ｌａ＞Ａｌ＞Ｔａ＞Ｎｉである。

すなわち、ＮｉとＴａの原子半径はＬａの原子半径より小さく、Ｎｉの原子半径はＴａの原子半径よりも小さい。そのため、ＮｉまたはＴａを添加するとＡｌ合金膜のＡｌ流動化を促進する働きが十分に発揮されるため、段差被覆性が向上すると考えられる。一方、Ｌａの原子半径はＡｌの原子半径よりも約５０％程度大きいため、Ａｌの流動化を促進する働きは弱く、段差被覆性の改善効果は低いと考えられる。

本発明では、Ｘ群元素として、Ｌａを少なくとも含むことが好ましい。より好ましくは、Ｘ群元素として、Ｌａと、Ｎｉおよび／またはＴａと、の両方を含むＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜である。

上記Ｘ群元素の作用を有効に発揮させるためには、各元素の含有量を適切に制御することが好ましい。

具体的にはＮｉまたはＴａの好ましい含有量は０．２５〜１原子％である。ＮｉまたはＴａの含有量が０．２５原子％未満では、段差被覆性が有効に発揮されない。一方、ＮｉまたはＴａの含有量が１原子％を超えると、Ａｌスパイク耐性が有効に発揮されない。より好ましい含有量は、ＮｉまたはＴａのいずれにおいても、０．５原子％以上、０．７原子％以下である。

また、Ｌａの好ましい含有量は０．１〜２原子％である。Ｌａの含有量が０．１原子％未満では、ウェットエッチング残渣レス特性が有効に発揮されず、一方、Ｌａ含有量が２原子％を超えると、Ａｌスパイク耐性が劣化し易くなる。より好ましいＬａの含有量は、０．４原子％以上、１．２原子％以下である。

本発明において、より好ましく用いられるＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜のＬａ含有量が２原子％を超えるとＡｌスパイク耐性が低下する理由は、例えば以下のように推察される。上記Ａｌ合金膜のようにＬａを含有する場合、ＬａとＳｉが結合したＬａシリサイドは、上記Ａｌ合金膜の結晶粒界、および上記Ａｌ合金膜とＳｉ基板との界面の両方に形成されるため、Ａｌスパイク耐性が向上し、且つ、Ｓｉ基板との界面でＳｉの析出が抑制されてウェットエッチング残渣レス特性が改善されると考えられる。しかし、Ｌａの原子サイズがＡｌに比べて非常に大きいことを考慮すると、上記Ｌａシリサイドは、Ｓｉ基板との界面よりも、主に上記Ａｌ合金膜の結晶粒界で発生すると考えられる。Ｌａ含有量が２原子％を超えると、Ｓｉ基板との界面に形成されるＬａシリサイドがＳｉとＡｌの拡散バリアとして有効に作用せず、且つ、結晶粒界でのＬａシリサイドの形成によって上記Ａｌ合金膜のＳｉの固溶度が低下するため、Ａｌスパイク耐性が低下すると推察される。

本発明においてＸ群元素としてＬａと、Ｎｉおよび／またはＴａとを含有するＡｌ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜の場合、Ｓｉの含有量をｘ原子％、Ｌａの含有量をｙ原子％とすると、下式（１）の関係を満足することが好ましい。
ｘ≦４×ｙ・・・（１）

上式（１）の関係を満足せず、ｘ＞４×ｙになると、後記する実施例に示すように、Ｌａによるウェットエッチング残渣レス特性向上作用が十分に発揮されない。好ましくは、下式（１Ａ）を満足することが好ましく、下式（１Ｂ）を満足することがより好ましい。
ｘ≦２．５×ｙ・・・（１Ａ）
ｘ≦１．５×ｙ・・・（１Ｂ）

本発明に係るＡｌ合金膜の好ましい膜厚は、５００ｎｍ〜５μｍである。Ａｌ合金膜を成膜する際の効率やスパッタリング装置の小型化のために薄膜化を図る場合には、Ａｌ合金膜の膜厚は薄い程良く、例えば４μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。一方、段差被覆性をより向上させると共に、低い電気特性のＡｌ合金膜を得る観点からは、Ａｌ合金膜の膜厚は７００ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１μｍ以上である。

本発明のＡｌ合金膜は、スパッタリング法にてスパッタリングターゲット（以下「ターゲット」ということがある。）を用いて形成することが望ましい。スパッタリング法によれば、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法などの場合に比べ、金属成分や膜厚の面内均一性に優れたＡｌ合金膜を容易に形成できるからである。

スパッタリング法によって本発明のＡｌ合金膜を形成するためには、所望とするＡｌ合金膜と同一組成のＡｌ合金スパッタリングターゲットを用いることが好ましい。これにより、組成ズレの虞がなく、所定の成分組成を有するＡｌ合金膜を成膜することができる。

すなわち、本発明には、前述したＡｌ合金膜と同じ組成のスパッタリングターゲットも包含される。詳細には、Ｓｉと、Ｎｉ、Ｔａ、およびＬａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物であるＡｌ合金スパッタリングターゲットが挙げられる。ここで、Ｓｉの好ましい含有量は０．５〜２原子％、ＮｉまたはＴａの好ましい含有量は０．２５〜１原子％、Ｌａの好ましい含有量は０．１〜２原子％である。本発明では、Ｘ群元素としてＬａと、Ｎｉおよび／またはＴａとを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金ターゲットが好ましく用いられる。上記ターゲットにおいて、Ｓｉの含有量をｘ原子％、Ｌａの含有量をｙ原子％としたとき、ｘ≦４×ｙの関係を満足することが好ましい。

上記ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状や構造に応じて任意の形状（角型プレート状、円形プレート状、ドーナツプレート状、円筒状など）に加工したものが含まれる。

上記ターゲットの製造方法は特に限定されず、例えば溶解鋳造法、粉末焼結法、スプレイフォーミング法でＡｌ基合金からなるインゴットを製造してターゲットを得る方法、Ａｌ基合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後、該プリフォームを緻密化手段により緻密化してターゲットを得る方法などが挙げられる。

本発明には、上記Ａｌ合金膜を備えたパワー半導体素子も包含される。本発明のＡｌ合金膜を、上記パワー半導体素子に用いられる電極や電気配線、例えば前述したＩＧＢＴにおけるエミッタ電極などに用いれば、信頼性の高いパワー半導体素子が得られる。上記パワー半導体素子の製造方法は特に限定されず、通常行われている方法で製造することができる。

上記パワー半導体素子において、本発明のＡｌ合金膜はＳｉ基板、ＳｉＣ基板、またはＧａＮ基板などの基板と接続される場合がある。この場合、本発明のＡｌ合金膜と上記基板とは直接接続されても良い。本発明のＡｌ合金膜を用いれば上記Ａｌ合金膜と基板との間の原子の相互拡散が抑えられるため、これらが直接接続されていても、Ａｌスパイク耐性、段差被覆性、およびウェットエッチング残渣レス特性の全てが良好に発揮され、優れた半導体特性が得られるからである。或は、上記Ａｌ合金膜と上記基板との間に、酸化シリコン、窒化シリコンなどの層間絶縁膜層；Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどからなる半導体層が形成されていても良い。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
本実施例では、Ａｌ−１原子％Ｓｉ−（０〜２原子％）Ｌａ−（０〜１原子％）Ｎｉ合金膜、またはＡｌ−１原子％Ｓｉ−（０〜２原子％）Ｌａ−（０〜１原子％）Ｔａ合金膜を用い、以下のようにして段差被覆性、ウェットエッチング残渣レス特性、およびＡｌスパイク耐性を測定するための試料を作製した。

まず、面方位１００、基板サイズ４インチのＳｉ基板を用意し、膜厚１０００ｎｍのＳｉＯ₂をＣＶＤ法によって成膜してパターニングを行い、アスペクト比（段差部位の深さと幅の比）が０．２のライン＆スペースを形成した。

次いで、表１〜表３に示す種々のＡｌ合金膜（膜厚５０００ｎｍ）を、ＤＣマグネトロン・スパッタ法にて成膜して試料を得た。スパッタリング条件は以下のとおりである。
雰囲気ガス：Ａｒ
圧力：２ｍＴｏｒｒ
基板温度：２５℃（室温）
ターゲット：上記表に対応する組成のＡｌ合金ターゲットを使用

なお、上記Ａｌ合金膜における各合金元素の含有量は、高周波誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、ＩＣＰ）発光分析法によって求めた。

本実施例では、上記成膜後の試料を用い、下記（１）に記載の段差被覆性を測定した。

更に上記成膜後の試料を用い、２％ＰＡＮ（リン酸：硝酸：酢酸＝７０：２：１０）のエッチング液を用いて下記条件でウェットエッチングし、下記（２）に記載のウェットエッチング残渣レス特性を測定した。
液温：４０℃
液量：１００ＭＬ
オーバーエッチング量≧１００％：上記試料のエッチング除去が確認できた時間（ジャストエッチング時間）を１００％としたとき、ジャストエッチング時間と同じ時間以上のオーバーエッチング時間を加える。

更に上記成膜後の試料に対して不活性ガス（Ｎ₂）雰囲気下にて４５０℃で３０分間保持する加熱処理を行なった後、Ａｌ膜を除去してＡｌスパイク耐性を測定するため、２％ＰＡＮ（リン酸：硝酸：酢酸＝７０：２：１０）を用いてＡｌ合金膜をウェットエッチングし、５μｍ幅のライン＆スペースパターンを形成した。エッチング条件は、温度４０℃、エッチング時間１０分間である。このようにして得られた試料を用い、下記（３）に記載のＡｌスパイク耐性を測定した。

（１）Ａｌ合金膜の段差被覆性
上記試料について、走査型電子顕微鏡：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）により倍率１００００倍にて任意の領域を観察し、図２の「段差被覆性」の欄に示す基準に基づいて段差被覆性を評価した。
本実施例では◎（非常に良好）、○（良好）、△（マージナル＝境界）を合格とし、×（不良）を不合格とした。

（２）Ａｌ合金膜のウェットエッチング残渣レス特性
上記試料について、任意の領域をＳＥＭ観察（倍率５０００倍）し、図２の「ウェットエッチング残渣レス特性」の欄に示す基準に基づいてウェットエッチング残渣レス特性を評価した。
図２中、◎、〇、△、×の詳細は以下のとおりである。
◎：エッチング残渣は小さいものも含めて全く残らない
〇：エッチング残渣は少し残るが電気的特性などの性能に影響しない
△：エッチング残渣のサイズが大きく使用可否の限界
×：エッチング残渣のサイズが大きくて使用不可
本実施例では、◎（非常に良好）、○（良好）、△（マージナル）を合格とし、×（不良）を不合格とした。

（３）Ａｌ合金膜のＡｌスパイク耐性
上記試料について、任意の領域をＳＥＭ観察（倍率５０００倍）し、図２の「Ａｌスパイク耐性」の欄に示す基準に基づいてＡｌスパイク耐性を評価した。
図２中、◎、〇、△、×の詳細は以下のとおりである。
◎：Ａｌスパイクは全くみられない
〇：Ａｌスパイクは少し生じるが電気的特性などの性能に影響しない
△：Ａｌスパイクが生じて使用可否の限界
×：明確にボイドが確認された
本実施例では、◎（非常に良好）、○（良好）、△（マージナル）を合格とし、×（不良）を不合格とした。

これらの結果を表１〜表３に併記する。

まず、表１の段差被覆性の結果について考察する。

表１より、Ｌａを０〜２．０原子％、且つ、ＮｉまたはＴａを０．２５〜１．０原子％以上含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜は、良好な段差被覆性が得られることが分かった。特にＮｉまたはＴａの含有量が０．５原子％以上になると、Ｌａ含有量にかかわらず段差被覆性の評価は「可」から「優」または「良」に向上した。

これに対し、本発明で規定するＸ群元素（Ｌａ、Ｎｉ、Ｔａ）を全く含まないＡｌ−Ｓｉ合金膜を、本実施例のように基板温度を室温にしてスパッタ法によって成膜した場合、段差被覆性が低下した。この結果は、従来技術の内容を裏付けるものであった。

また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｌａ−Ｎｉ合金膜について着目すると、表１より、Ｎｉを無添加のままで、Ｌａの含有量を０．１〜２．０原子％の範囲で増加させても段差被覆性は改善されないことが分かった。その理由は詳細には不明であるが、Ｌａの原子半径はＡｌの原子半径に比べて５０％程度大きいため、ＬａはＡｌの流動性改善に寄与できなかったためと推察される。これに対し、Ｎｉの原子半径はＡｌの原子半径に比べて小さいため、Ｎｉは、Ａｌの融点低下に伴うＡｌの流動性改善作用を阻害せず、むしろＡｌの流動性を向上したと考えられる。その結果、Ｎｉの含有量が高くなると、上記Ａｌ合金膜の段差被覆性が大きく改善されたと推察される。

上記のＡｌ−Ｓｉ−Ｎｉ合金膜と同様の結果が、Ｎｉの替わりにＴａを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｔａ合金膜にも見られた。但し、段差被覆性に対する効果は、Ｔａに比べてＮｉの方が優れている。これは、Ｔａに比べてＮｉの原子半径が小さいため、Ａｌの流動性に対する改善効果がＴａに比べてＮｉの方が大きくなったと考えられる。

次に、表２のウェットエッチング残渣レス特性、および表３のＡｌスパイク耐性の結果について考察する。

これらの表より、Ｌａを０．１〜２．０原子％、且つ、ＮｉまたはＴａを０．２５〜１．０原子％含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜は、良好なウェットエッチング残渣レス特性およびＡｌスパイク耐性が得られることが分かった。

これに対し、本発明で規定するＸ群元素（Ｌａ、Ｎｉ、Ｔａ）を全く含まないＡｌ−Ｓｉ合金膜を、本実施例のように基板温度を室温にしてスパッタ法によって成膜した場合、表２に示すようにウェットエッチング後に残渣が激しく発生したが、表３に示すようにＡｌスパイクの発生は見られず、Ａｌスパイク耐性は良好であった。この結果は、従来技術の内容を裏付けるものであった。

また、ＮｉまたはＴａを無添加のままで、Ｌａの含有量を０．１〜２．０原子％の範囲で増加させると、表２に示すようにＬａ含有量の増加と共にウェットエッチング残渣レス特性も向上した。このようにＬａと、ＮｉまたはＴａとを含有させることによってエッチング残渣の発生が低減される理由は詳細には不明であるが、これらの元素がＳｉ基板中のＳｉとシリサイドを形成し、Ｓｉ基板と上記Ａｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜の界面でＳｉの析出が抑制されるためと推察される。

これに対し、Ａｌスパイク耐性の結果は、上記ウェットエッチング残渣レス特性とは異なる挙動を示した。詳細には表３に示すようにＬａ含有量が０．２５原子％までは上記特性は向上したが、更にＬａ含有量を増加させるとＡｌスパイクが発生し易くなり、Ｌａの含有量が１．０原子％以上になるとＡｌスパイク耐性は大きく低下した。その理由は詳細には不明であるが、Ｌａ、Ｎｉ、Ｔａの含有量が少ないときは、これらＸ群元素の添加によってＬａシリサイド、Ｎｉシリサイド、Ｔａシリサイド等がＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜とＳｉ基板との界面に形成されるため、Ａｌスパイク耐性が向上したと推察される。しかし、Ｌａの含有量が２．０原子％を超える場合、或いは、ＮｉまたはＴａの含有量が１．０原子％を超える場合、上記シリサイドの形成は、Ｓｉ基板とＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜との界面よりも、Ａｌ結晶粒界の方が主流となり、且つ、Ａｌ結晶粒中のＳｉ含有量が減少するために、Ａｌスパイク耐性が再び劣化したと推察される。

これらの結果をまとめると、本実施例のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜におけるＳｉの含有量を１．０原子％（一定）とした場合、段差被覆性、ウェットエッチング残渣レス特性、およびＡｌスパイク耐性の全てに優れたＡｌ合金膜を得るためには、Ｌａ含有量を０．１〜２原子％、且つ、Ｎｉ又はＴａ含有量を０．２５〜１原子％にすることが有効であることが分かった。

実施例２
本実施例では、Ａｌ−（０．５〜２．０原子％）Ｓｉ−（０．１〜１．０原子％）Ｌａ−（０〜１．０原子％）Ｎｉ合金膜、またはＡｌ−（０．５〜２．０原子％）Ｓｉ−（０．１〜１．０原子％）Ｌａ−（０〜１．０原子％）Ｔａ合金膜を用い、前述した実施例１と同様にして段差被覆性、ウェットエッチング残渣レス特性、およびＡｌスパイク耐性を評価した。

その結果、Ｓｉの含有量が０．５原子％から２．０原子％に増加するにつれて、段差被覆性およびＡｌスパイク耐性は向上するが、ウェットエッチング残渣レス特性は低下する傾向が見られた。

また、上記Ａｌ−Ｓｉ−Ｌａ−（Ｎｉ／Ｔａ）合金膜において、Ｓｉ含有量をｘ（ｘ＝１．０原子％または２．０原子％）としたときの、ウェットエッチング残渣レス特性を改善するために必要なＬａの含有量ｙの範囲を調べた。その結果、Ｓｉ含有量ｘ＝１．０原子％の場合は、Ｌａの含有量ｙが０．２５原子％以上のときに上記特性が改善され、一方、Ｓｉ含有量ｘ＝２．０原子％の場合は、Ｌａの含有量ｙが０．５原子％以上のときに上記特性が改善されることが分かった。よって、ウェットエッチング残渣レス特性に優れたＡｌ合金膜を得るためには、ｘ≦４×ｙの関係を満足するようにＳｉおよびＬａの含有量を制御することが有効であることが分かった。

１ コレクタ電極
２ コレクタ層
３ ベース層
４ ボディー領域
５ エミッタ層
６ ゲート絶縁膜
７ ゲート電極
８ 層間絶縁膜
９ 電極層

Claims (12)

1. 金属成分として、
   Ｓｉと、
   Ｌａ、Ｎｉ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、
   を含むことを特徴とするパワー半導体素子用Ａｌ合金膜。
2. 膜厚が５００ｎｍ〜５μｍである請求項１に記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜。
3. 前記Ｓｉの含有量は０．５〜２原子％である請求項１または２に記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜。
4. 前記Ｌａの含有量は０．１〜２原子％である請求項１〜３のいずれかに記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜。
5. 前記Ｎｉまたは前記Ｔａの含有量は０．２５〜１原子％である請求項１〜４のいずれかに記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜。
6. 前記Ｓｉの含有量をｘ原子％、前記Ｌａの含有量をｙ原子％としたとき、下式（１）の関係を満足する請求項１〜５のいずれかに記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜。
   ｘ≦４×ｙ・・・（１）
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜を有するパワー半導体素子。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のパワー半導体素子用Ａｌ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
   Ｓｉと、
   Ｌａ、Ｎｉ、およびＴａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と、
   を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
9. 前記Ｓｉの含有量は０．５〜２原子％である請求項８に記載のスパッタリングターゲット。
10. 前記Ｌａの含有量は０．１〜２原子％である請求項８または９に記載のスパッタリングターゲット。
11. 前記Ｎｉまたは前記Ｔａの含有量は０．２５〜１原子％である請求項８〜１０のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
12. 前記Ｓｉの含有量をｘ原子％、前記Ｌａの含有量をｙ原子％としたとき、下式（１）の関係を満足する請求項８〜１１のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
    ｘ≦４×ｙ・・・（１）