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JP6297783B2 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関するものであり、より特定的には、配線の信頼性を向上可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関するものである。
近年、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
たとえば、松波弘之、外３名、「半導体ＳｉＣ技術と応用 第２版」、日刊工業新聞社、２０１１年９月３０日、ｐ３５８−ｐ３６５（非特許文献１）には、ゲート電極を囲うように配置された絶縁膜と、当該絶縁膜に接して設けられ、ｎ+領域と電気的に接続するソース電極配線とを有するプレーナ型ＭＯＳＦＥＴが記載されている。
松波弘之、外３名、「半導体ＳｉＣ技術と応用 第２版」、日刊工業新聞社、２０１１年９月３０日、ｐ３５８−ｐ３６５
炭化珪素からなるＭＯＳＦＥＴは、珪素からなるＭＯＳＦＥＴよりも大電流を流すことが可能である。そのため炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのソース電極配線は珪素ＭＯＳＦＥＴのソース電極配線よりも厚く設計される場合が多い。たとえば珪素ＭＯＳＦＥＴの配線の厚みは２μｍ未満程度であるが、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの配線の厚みは２μｍ以上程度である。上記文献に記載のＭＯＳＦＥＴによれば、ゲート絶縁膜の形状に沿って絶縁膜が形成される。そのため、ゲート電極の外周角部を囲む部分の絶縁膜には角部が形成されている。絶縁膜の角部に沿って厚いソース電極配線が形成されるときに、絶縁膜の角部付近に形成された配線の内部に空洞（いわゆる「ス」）が形成される。配線の内部に空洞が形成されると、配線に大電流を流したときに配線が断線する可能性があるため、配線の信頼性（言い換えればエレクトロマイグレーション耐性）が低下する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、配線の信頼性を向上可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を有している。互いに対向する第１の主面および第２の主面を有し、第１の主面に接してゲート絶縁膜が設けられ、ゲート絶縁膜に接してゲート電極が設けられ、かつ第１の主面に接する第１導電型領域を含む炭化珪素基板が準備される。ゲート電極およびゲート絶縁膜と接する層間絶縁膜が形成される。層間絶縁膜に接してマスク層が形成される。マスク層を用いて層間絶縁膜に対して第１の等方性エッチングを行うことにより層間絶縁膜に第１の内壁面を有する第１の凹部が形成される。第１の凹部を形成する工程の後、マスク層を用いて層間絶縁膜およびゲート絶縁膜に対して第１の異方性エッチングを行って炭化珪素基板の第１導電型領域を露出させることにより第２の内壁面を有する第２の凹部が形成される。第１導電型領域に接して第１の電極が形成される。第１の凹部の第１の内壁面および第２の凹部の第２の内壁面に接して配置され、かつ第１の電極に電気的に接続される配線が形成される。
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、等方性エッチングを行うことにより層間絶縁膜に第１の凹部が形成された後、異方性エッチングを行うことにより第１導電型領域をゲート絶縁膜から露出させることで第２の凹部が形成される。第１の内壁面および第２の内壁面に接して配置され、かつ第１の電極に接続された配線が形成される。等方性エッチングにより、層間絶縁膜において丸みを有する第１の内壁面を有する第１の凹部が形成される。配線は、当該第１の内壁面に接して配置されるので、配線の内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、配線に大電流を流したときに配線が断線することを抑制することができるため、配線の信頼性を向上させることができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、層間絶縁膜を形成する工程は、層間絶縁膜を加熱することにより層間絶縁膜の上部表面の段差を低減させる工程を含む。これにより、上部表面の段差が低減された層間絶縁膜上に配線が形成されるので、配線の内部に空洞が発生することを効率的に抑制することができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、層間絶縁膜を形成する工程は、ゲート電極に接しかつ不純物がドープされていない第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜を覆い、第１の絶縁膜よりも低い軟化点を有しかつ不純物がドープされている第２の絶縁膜を形成する工程とを含む。これにより、低い温度で層間絶縁膜の上部表面の段差を低減することができる。また、第１の絶縁膜には不純物がドープされていないので、たとえばリンなどの不純物がゲート絶縁膜と炭化珪素基板との界面に拡散し、ゲート電圧の閾値電圧が変動することを抑制することができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、層間絶縁膜を形成する工程は、第２の絶縁膜を覆いかつ二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜を形成する工程をさらに含む。二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜は配線との密着性が良い。そのため、第３の絶縁膜を形成することにより、第３の絶縁膜上に形成される配線のつきまわりを向上させることができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の等方性エッチングはウェットエッチングである。これにより、幅が第１の主面から離れるにつれて大きくなるような第１の凹部を効率的に形成することができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の異方性エッチングはドライエッチングである。これにより、第１の主面の法線方向に沿って、幅がほぼ同じである第２の凹部を効率的に形成することができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、さらに以下の工程を備えている。ゲート電極上に配置された層間絶縁膜に対して第２の等方性エッチングを行うことにより第３の内壁面を有する第３の凹部が形成される。第３の凹部を形成する工程の後、層間絶縁膜に対して第２の異方性エッチングを行ってゲート電極を層間絶縁膜から露出させることにより第４の内壁面を有する第４の凹部が形成される。配線を形成する工程では、第３の内壁面および第４の内壁面に接して配置され、かつゲート電極と電気的に接続する配線が形成される。
等方性エッチングにより形成された第３の凹部の第３の内壁面に接して配線が形成されるため、配線の内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、配線に電流を流した場合に、配線が断線することを抑制することができるので、配線の信頼性を向上させることができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、配線の厚みは２μｍ以上１０μｍ以下である。配線の厚みが２μｍ以上であれば、配線に大電流を流すことができる。また配線の厚みが１０μｍ以下であれば、配線の加工性を向上させることができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、配線を形成する工程は、層間絶縁膜に接し、かつチタンから構成された第１の金属層を形成する工程を含む。層間絶縁膜に接してチタンから構成された第１の金属層を形成することにより、層間絶縁膜に対する配線の密着性を向上させることができる。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、配線を形成する工程は、第１の金属層に接し、かつ窒化チタンまたはチタンタングステンから構成された第２の金属層を形成する工程をさらに含む。これにより、第２の金属層上にアルミニウムを含む第３の金属層を形成させる場合において、アルミニウムがゲート電極に侵入することを抑制することができる。
本発明に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、層間絶縁膜と、第１の凹部と、第２の凹部と、第１の電極と、第１の配線とを備える。炭化珪素基板は、互いに対向する第１の主面および第２の主面を有し、かつ第１の主面に接して設けられた第１導電型領域を含む。ゲート絶縁膜は、炭化珪素基板の第１の主面に接する。ゲート電極は、ゲート絶縁膜に接する。層間絶縁膜は、ゲート電極およびゲート絶縁膜と接する。第１の凹部は、第１の主面から離れるにつれて幅が大きくなるように形成され、かつ第１の内壁面が層間絶縁膜により形成されている。第２の凹部は、第１の凹部と連接し、かつ第２の内壁面が層間絶縁膜およびゲート絶縁膜により形成されている。第１の電極は、第２の凹部内に配置され、かつ第１導電型領域に接する。第１の配線は、第１の内壁面および第２の内壁面に接して配置され、かつ第１の電極と電気的に接続する。
本発明に係る炭化珪素半導体装置によれば、第１の凹部は、第１の主面から離れるにつれて幅が大きくなるように形成され、第２の凹部は、第１の凹部に連接して形成されている。配線は、第１の内壁面および第２の内壁面に接して配置される。これにより、配線が第１の主面から離れるにつれて幅が大きくなる第１の凹部の第１の内壁面に接して配置されるので、配線の内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、配線に電流を流したときに配線が断線することを抑制することができるため、配線の信頼性を向上させることができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、層間絶縁膜の上部表面においてゲート電極の外周角部を囲む部分は、ゲート電極の外周角部よりも丸みを有する。これにより、層間絶縁膜の上部表面においてゲート電極の外周角部を囲む部分付近に形成される配線において内部に空洞が形成されることを効率的に抑制することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、第３の凹部と、第４の凹部と、第２の配線とをさらに備える。第３の凹部は、ゲート電極上に配置された層間絶縁膜に形成され、かつ第１の主面から離れるにつれて幅が大きくなるように形成された第３の内壁面を有する。第４の凹部は、第３の凹部と連接し、かつ第４の内壁面が層間絶縁膜により形成されている。第２の配線は、第３の内壁面および第４の内壁面に接して配置され、かつゲート電極と電気的に接続されている。これにより、配線が第１の主面から離れるにつれて幅が大きくなる第３の凹部の第３の内壁面に接して配置されるので、配線の内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、配線に大電流を流したときに配線が断線することを抑制することができるため、配線の信頼性を向上させることができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、層間絶縁膜は、ゲート電極に接しかつ不純物がドープされていない第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜を覆い、第１の絶縁膜よりも低い軟化点を有しかつ不純物がドープされている第２の絶縁膜とを含む。これにより、低い温度で層間絶縁膜の上部表面の段差を低減することができる。また、第１の絶縁膜には不純物がドープされていないので、たとえばリンなどの不純物がゲート絶縁膜と炭化珪素基板との界面に拡散し、ゲート電圧の閾値電圧が変動することを抑制することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、層間絶縁膜は、第２の絶縁膜を覆いかつ二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜をさらに含む。二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜は配線との密着性が良い。そのため、第３の絶縁膜上に形成される配線のつきまわりを向上させることができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、第１の配線の厚みは２μｍ以上１０μｍ以下である。配線の厚みが２μｍ以上であれば、配線に大電流を流すことができる。また配線の厚みが１０μｍ以下であれば、配線の加工性を向上させることができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、第１の配線は、層間絶縁膜に接し、かつチタンから構成された第１の金属層含む。層間絶縁膜に接してチタンから構成された第１の金属層を配置することにより、層間絶縁膜に対する配線の密着性を向上させることができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、第１の配線は、第１の金属層に接し、かつ窒化チタンまたはチタンタングステンから構成された第２の金属層をさらに含む。これにより、第２の金属層上にアルミニウムを含む第３の金属層が配置されている場合において、アルミニウムがゲート電極に侵入することを抑制することができる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、配線の信頼性を向上可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。 層間絶縁膜形成工程を概略的に示すフロー図である。 配線形成工程を概略的に示すフロー図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第４の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第５の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第６の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第７の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第８の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第９の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１０の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１１の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１２の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１３の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１４の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第４の工程の変形例を概略的に示す断面模式図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
まず、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１の構造について説明する。図１を参照して、ＭＯＳＦＥＴ１は、炭化珪素基板１０と、ゲート絶縁膜２０と、ゲート電極３０と、層間絶縁膜４０と、ソース電極５０と、ソース電極配線６０ａと、ゲート電極配線６０ｂと、ドレイン電極７０と、裏面保護電極８０と、パッシベーション層９０とを主に有している。炭化珪素基板１０は、ベース基板１１と、エピタキシャル層１２とを含み、またエピタキシャル層１２には、ドリフト領域１３と、ボディ領域１４と、ソース領域１５と、ｐ+領域１６とが形成されている。
ベース基板１１は、たとえばＮ（窒素）等のｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型（第１導電型）となっている。エピタキシャル層１２は、ベース基板１１上に形成されたエピタキシャル成長層である。ドリフト領域１３は、ベース基板１１と同様に、たとえばＮ（窒素）等のｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型となっている第１導電型領域であり、その濃度はベース基板１１よりも低くなっている。
ボディ領域１４は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを含み、エピタキシャル層１２内に互いに分離して形成されている。ボディ領域１４は、たとえばＡｌ（アルミニウム）やＢ（硼素）などのｐ型不純物を含むことにより、導電型がｐ型（第２導電型）となっている第２導電型領域である。
ソース領域１５（第１導電型領域）は、導電型がｎ型（第１導電型）の領域である。ソース領域１５は、第１の主面１０ａを含み、ボディ領域１４に取り囲まれるように各々のボディ領域１４内に形成されている。ソース領域１５は、たとえばＰ（リン）などのｎ型不純物を含むことにより、ベース基板１１およびドリフト領域１３と同様に導電型がｎ型となっている。また、ソース領域１５に含まれるｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１３に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高くなっている。なお、ソース領域１５は、ボディ領域１４によってドリフト領域１３と隔てられている。
ｐ+領域１６は、ソース領域１５と同様に、第１の主面１０ａを含みつつボディ領域１４に取り囲まれ、かつソース領域１５に隣接するように各々のボディ領域１４内に形成されている。ｐ+領域１６は、ボディ領域１４と同様に、たとえばＡｌ（アルミニウム）やＢ（硼素）などのｐ型不純物を含むことにより導電型がｐ型となっている。ｐ+領域１６の不純物濃度は、ボディ領域１４よりも高くなっている。
ゲート絶縁膜２０は、たとえば二酸化珪素からなり、第１の主面１０ａ上に接触しつつ、一方のソース領域１５の上面から他方のソース領域１５の上面にまで延在するように形成されている。ゲート絶縁膜２０は、第１の主面１０ａにおいて、ソース領域１５、ボディ領域１４およびドリフト領域１３と接している。
ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜２０上に接触しつつ、一方のソース領域１５上から他方のソース領域１５上にまで延在するように形成されている。ゲート電極３０は、たとえば不純物が添加されたポリシリコンなどの導電体からなっている。ゲート電極３０は、炭化珪素基板１０との間でゲート絶縁膜２０を挟むように形成されている。ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜２０を介してソース領域１５およびボディ領域１４に対向して配置されている。
層間絶縁膜４０は、たとえば二酸化珪素を含む材料からなり、ゲート絶縁膜２０上においてゲート電極３０を取り囲むように形成されている。好ましくは、層間絶縁膜は４０は２層の絶縁膜で形成されており、より好ましくは３層の絶縁膜で形成されている。図１に示すように、層間絶縁膜４０は、たとえばゲート電極３０およびゲート絶縁膜２０と接する第１の絶縁膜４１と、第１の絶縁膜４１上に接する第２の絶縁膜４２とにより構成されている。
第１の絶縁膜４１は、たとえばリンなどの不純物がドープされていない（ノンドープ）二酸化珪素からなる。なお、本明細書において、不純物がドープされていない絶縁膜とは、ドープされた不純物濃度が１ｍｏｌ％以下の絶縁膜のことである。第２の絶縁膜４２は、第１の絶縁膜４１よりも低い軟化点を有する。第２の絶縁膜４２はたとえばリンがドープされたシリコンガラス（ＰＳＧ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）である。リンのドープ量はたとえば７．５ｍｏｌ％以上７．９ｍｏｌ％以下程度である。第１の絶縁膜４１の厚みはたとえば０．２μｍであり、第２の絶縁膜４２の厚みはたとえば０．８μｍである。
図１に示すように、ゲート電極３０の外周に形成された外周角部３０ａを囲む層間絶縁膜４０の肩部４２ａは、ゲート電極３０の外周に形成された外周角部３０ａよりも丸みを有していることが好ましい。また層間絶縁膜４０が第１の絶縁膜４１および第２の絶縁膜４２により構成されている場合、ゲート電極３０の外周に形成された外周角部３０ａを囲む第１の絶縁膜４１の肩部４１ａよりも、第２の絶縁膜４２の肩部４２ａは丸みを有していてもよい。図１９を参照して、肩部４２ａが丸みを有している第２の絶縁膜４２の上部表面に沿って二酸化珪素からなる第３の絶縁膜４３が配置されていてもよい。
ソース領域１５およびｐ+領域１６の上方の層間絶縁膜４０には、第１の凹部４６および第１の凹部４６と連接する第２の凹部４７が形成されている。第１の凹部４６の幅Ｗ１は、第１の主面１０ａから離れるにつれて大きくなる。第２の凹部４７の幅Ｗ２は、第１の凹部４６の最も狭い幅と同じ程度である。第２の凹部４７の幅Ｗ２は、第１の主面１０ａの法線方向に沿ってほぼ一定である。
第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａ（図１１参照）は層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２により形成されている。第２の凹部４７の第２の内壁面４７ａ（図１１参照）は第２の絶縁膜４２、第１の絶縁膜４１、ゲート絶縁膜２０および第１の主面１０ａにより形成されている。第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａは、第１の凹部４６の内部から見て外向きに凸であってもよい。また第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａと第１の主面１０ａとがなす角度は、第２の凹部４７の第２の内壁面４７ａと第１の主面１０ａとがなす角度よりも大きくてもよい。
図１を参照して、ソース電極５０（第１の電極）は、ソース領域１５およびｐ+領域１６と接し、かつ第２の凹部４７の内部に配置されている。好ましくは、ソース電極５０は、Ｔｉ、ＡｌおよびＳｉを含む膜であって、たとえばＴｉＡｌＳｉ合金からなっている。ソース電極５０は、ＮｉおよびＳｉを含む膜であって、たとえばＮｉＳｉ合金であっても構わない。好ましくは、ソース電極５０はソース領域１５およびｐ+領域１６とオーミック接合している。
ゲート電極３０の上方の層間絶縁膜４０には、第３の凹部４８と、第３の凹部４８と連接する第４の凹部４９とが形成されている。第３の凹部４８の幅Ｗ３は、第１の主面１０ａから離れるにつれて大きくなる。第４の凹部４９の幅Ｗ４は、第３の凹部４８の最も狭い幅と同じ程度である。第４の凹部４９の幅Ｗ４は、第１の主面１０ａの法線方向に沿ってほぼ一定である。
第３の凹部４８の第３の内壁面４８ａ（図１７参照）は、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２により形成されている。第４の凹部４９の第４の内壁面４９ａ（図１７参照）は、第２の絶縁膜４２、第１の絶縁膜４１およびゲート電極３０により形成されている。第３の凹部４８の第３の内壁面４８ａは、第３の凹部４８の内部から見て外向きに凸であってもよい。また第３の凹部４８の第３の内壁面４８ａと第１の主面１０ａとがなす角度は、第４の凹部４９の第４の内壁面４９ａと第１の主面１０ａとがなす角度よりも大きくてもよい。
ソース電極配線６０ａ（第１の配線）は、ソース電極５０および層間絶縁膜４０を覆うように形成されている。ソース電極配線６０ａは、たとえばアルミニウムを含んでおり、ソース電極５０と電気的に接続されている。ソース電極配線６０ａの厚みＴ１はたとえば５μｍであり、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上７μｍ以下である。ソース電極配線６０ａにはたとえば１０００Ａ／ｃｍ2程度の大電流を流すことが可能である。ソース電極配線６０ａは、第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａおよび第２の凹部４７の第２の内壁面４７ａの各々に接して配置されている。
好ましくは、ソース電極配線６０ａは、層間絶縁膜４０の上部表面４２ｂ、第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａおよびソース電極５０と接して配置された第１の金属層６１ａを含んでいる。第１の金属層６１ａは、Ｔｉ（チタン）から構成されていることが好ましい。より好ましくは、ソース電極配線６０ａは第１の金属層６１ａ上に接して配置された第２の金属層６２ａを有している。第２の金属層６２ａは、ＴｉＮ（窒化チタン）またはＴｉＷ（チタンタングステン）から構成されていることが好ましい。ソース電極配線６０ａは、第２の金属層６２ａ上に接して配置された第３の金属層６３ａを有している。第３の金属層６３ａは、ＡｌＳｉＣｕ（アルミニウムシリコン銅）により構成されていることが好ましい。
ソース電極配線６０ａは、第１の凹部４６および第２の凹部４７の各々の内部に配置されている。第１の金属層６１ａ、第２の金属層６２ａおよび第３の金属層６３ａの各々は第１の凹部４６内に配置されていてもよいし、第２の凹部４７内に配置されていてもよいし、第１の凹部４６および第２の凹部４７の各々の内部に配置されていてもよい。好ましくは、ソース電極配線６０ａは、層間絶縁膜４０および第１の金属層６１に挟まれた金属層６４を有している。金属層６４は、ＴｉＮ（窒化チタン）またはＴｉＷ（チタンタングステン）から構成されていることが好ましい。金属層６４は、ソース電極５０およびゲート絶縁膜２０と接していてもよい。金属層６４は、たとえば第２の凹部４７の第２の内壁面４７ａに接して配置されている。
ゲート電極配線６０ｂ（第２の配線）は、ゲート電極３０および層間絶縁膜４０を覆うように形成されている。ゲート電極配線６０ｂは、たとえばアルミニウムを含んでおり、ゲート電極３０と電気的に接続されている。ゲート電極配線６０ｂは、第３の凹部４８および第４の凹部４９の内部に配置されている。好ましくは、ゲート電極配線６０ｂは、第３の凹部４８の第３の内壁面４８ａ、第４の凹部４９の第４の内壁面４９ａおよびゲート電極３０と接して配置された第１の金属層６１ｂを含んでいる。第１の金属層６１ｂは、Ｔｉ（チタン）から構成されていることが好ましい。ゲート電極配線６０ｂは、第１の金属層６１ｂ上に接して配置された第２の金属層６２ｂを有していることが好ましい。第２の金属層６２ｂは、ＴｉＮ（窒化チタン）またはＴｉＷ（チタンタングステン）から構成されていることが好ましい。さらにゲート電極配線６０ｂは、第２の金属層６２ｂに接して第３の金属層６３ｂを有していることが好ましい。第３の金属層６３ｂは、ＡｌＳｉＣｕ（アルミニウムシリコン銅）から構成されていることが好ましい。
ドレイン電極７０は、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂに接して形成されている。ドレイン電極７０は、ソース電極５０と同様に、たとえばＴｉＡｌＳｉ合金からなっていてもよいし、たとえばＮｉＳｉ合金からなっていてもよい。ドレイン電極７０は、ベース基板１１に対して電気的に接続されている。裏面保護電極８０はドレイン電極７０に接して設けられている。裏面保護電極８０は、たとえばＴｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）およびＡｇ（銀）やそれらからなる合金によりなっていてもよい。パッシベーション層９０は、ソース電極配線６０ａとゲート電極配線６０ｂとを絶縁するように形成されている。パッシベーション層９０は、好ましくは、ＳｉＮ（窒化珪素）または二酸化珪素から形成されている。
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１の動作について説明する。図１を参照して、ゲート電極３０に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極５０とドレイン電極７０との間に電圧が印加されても、ボディ領域１４とドリフト領域１３との間に形成されるｐｎ接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極３０に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ボディ領域１４に反転層が形成される。その結果、ソース領域１５とドリフト領域１３とが電気的に接続され、ソース電極５０とドレイン電極７０との間に電流が流れる。以上のようにして、ＭＯＳＦＥＴ１は動作する。
次に、本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について、図２〜図１９を参照して説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法においては、上記本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１が製造される。
図２を参照して、まず、炭化珪素基板準備工程（Ｓ１０）が実施される。この工程（Ｓ１０）では、以下に説明する工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１４）が実施されることにより、炭化珪素からなる炭化珪素基板１０が準備される。
まず、工程（Ｓ１１）として、ベース基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１１）では、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなるインゴット（図示しない）をスライスすることにより、導電型がｎ型（第１導電型）のベース基板１１が準備される。次に、工程（Ｓ１２）として、エピタキシャル成長層形成工程が実施される。この工程（Ｓ１２）では、エピタキシャル成長により、ベース基板１１上に導電型がｎ型のエピタキシャル層１２が形成される。これにより、互いに対向する第１の主面１０ａおよび第２の主面１０ｂを有する炭化珪素基板１０が形成される。
次に、工程（Ｓ１３）として、イオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ１３）では、図５を参照して、まず、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを含む領域に注入されることにより、エピタキシャル層１２内に導電型がｐ型（第２導電型）のボディ領域１４が形成される。次に、たとえばＰ（リン）イオンが、上記Ａｌイオンの注入深さよりも浅い深さでボディ領域１４内に注入されることにより、導電型がｎ型のソース領域１５が形成される。そして、たとえばＡｌイオンが、ボディ領域１４内にさらに注入されることにより、ソース領域１５と隣接し、かつソース領域１５と同等の深さを有し、導電型がｐ型のｐ+領域１６が形成される。また、エピタキシャル層１２において、ボディ領域１４、ソース領域１５およびｐ+領域１６のいずれも形成されない領域は、ドリフト領域１３となる。
次に、工程（Ｓ１４）として、活性化アニール工程が実施される。この工程（Ｓ１４）では、たとえばアルゴン雰囲気下において炭化珪素基板１０を１８００℃程度に加熱することにより、上記工程（Ｓ１３）にて導入された不純物が活性化される。これにより、不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成する。このようにして、上記工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１４）が実施されることにより、不純物の導入により活性領域が形成された炭化珪素基板１０が準備される。
次に、工程（Ｓ２０）として、ゲート絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図６を参照して、たとえば酸素を含む雰囲気中において炭化珪素基板１０を加熱することにより、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接し、かつ二酸化珪素からなるゲート絶縁膜２０が形成される。次に、工程（Ｓ３０）として、ゲート電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図６を参照して、たとえばＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、たとえばリンなどの不純物を含むポリシリコンからなるゲート電極３０がゲート絶縁膜２０上に接して形成される。以上により、互いに対向する第１の主面１０ａおよび第２の主面１０ｂを有し、第１の主面１０ａに接してゲート絶縁膜２０が設けられ、ゲート絶縁膜２０に接してゲート電極３０が設けられ、かつ第１の主面１０ａに接する第１導電型領域であるソース領域１５を含む炭化珪素基板１０が準備される。
次に、工程（Ｓ４０）として、層間絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図７を参照して、たとえばＰ（Ｐｌａｓｍａ）−ＣＶＤ法により、層間絶縁膜４０が、ゲート電極３０を取り囲むように、ゲート電極３０およびゲート絶縁膜２０に接して形成される。好ましくは、層間絶縁膜４０は、第１の絶縁膜４１と、当該第１の絶縁膜４１よりも軟化点の低い第２の絶縁膜４２とを含んでいる。図７に示すように、第１の絶縁膜４１がゲート電極３０を覆い、ゲート電極３０およびゲート絶縁膜２０と接して形成される。次に、第１の絶縁膜４１を覆うように第２の絶縁膜４２が形成される。第１の絶縁膜４１は、たとえばリンなどの不純物がドープされていない（ノンドープ）二酸化珪素からなり、第２の絶縁膜４２はたとえばリンがドープされたシリコンガラス（ＰＳＧ）からなる。
次に、第１の絶縁膜４１と第２の絶縁膜４２を含む層間絶縁膜４０を加熱することにより層間絶縁膜４０の上部表面４２ｂの段差を低減させる工程が実施される。当該段差を低減させる工程では、第１の絶縁膜４１および第２の絶縁膜４２を含む層間絶縁膜４０が形成された炭化珪素基板１０が、たとえば１０００℃以上に加熱されることにより、第２の絶縁膜４２が軟化して変形する。これにより、図８に示すように、第２の絶縁膜４２の肩部４２ａの形状が丸みを有するように変形する。結果として、第２の絶縁膜４２の肩部４２ａの段差が段差Ｔ２から段差Ｔ３のように低減される。なお、第１の絶縁膜４１および第２の絶縁膜４２を含む層間絶縁膜４０が形成された炭化珪素基板１０を加熱する温度は、好ましくは、第１の絶縁膜４１の軟化点以下であり、かつ第２の絶縁膜４２の軟化点以上である。
図３を参照して、層間絶縁膜を形成する工程（Ｓ４０）は、第１の絶縁膜を形成する工程（Ｓ４１）と、第２の絶縁膜を形成する工程（Ｓ４２）と、第３の絶縁膜を形成する工程（Ｓ４３）とを有していてもよい。具体的には、上述のように、ゲート電極３０を覆うように第１の絶縁膜４１が形成された後、第１の絶縁膜４１上に第２の絶縁膜４２が形成される。第２の絶縁膜４２が軟化して第２の絶縁膜４２の段差が低減した後、図１９に示すように、第２の絶縁膜４２の表面に接して第３の絶縁膜４３が配置されていてもよい。第３の絶縁膜４３はたとえば二酸化珪素からなる。第３の絶縁膜４３の厚みは第２の絶縁膜４２の厚みより小さくてもよい。
次に、工程（Ｓ５０）として、マスク層形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図９を参照して、層間絶縁膜４０上に接して、たとえばレジストからなる第１のマスク層４５が形成される。次に、ソース領域１５およびｐ+領域１６上に開口を有するように第１のマスク層４５がパターニングされる。
次に、工程（Ｓ６０）として、第１の等方性エッチング工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図１０を参照して、マスク層形成工程により形成された第１のマスク層４５をマスクとして用いて、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２に対して等方性エッチングが行われる。これにより、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２に第１の内壁面４６ａを有する第１の凹部４６が形成される。第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａは、第１の凹部４６内から見て外向きに凸の形状を有している。等方性エッチングは、たとえばウェットエッチングである。たとえば、第１のマスク層４５が形成された炭化珪素基板１０を、界面活性剤を含む緩衝フッ酸（１１５ＵＢＨＦ）からなる薬液に、室温において１０秒以上３００秒以下程度浸漬させることにより、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２が等方的にエッチングされる。なお、等方性エッチングはドライエッチングであってもよい。
次に、工程（Ｓ７０）として、第１の異方性エッチング工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図１１を参照して、第１の等方性エッチング工程の後、当該第１の等方性エッチング工程で使用された第１のマスク層４５を用いて、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２および第１の絶縁膜４１ならびにゲート絶縁膜２０に対して異方性エッチングが行われる。これにより、ゲート絶縁膜２０から炭化珪素基板１０のソース領域１５およびｐ+領域１６が露出し、第１の凹部４６と連接し、かつ第２の内壁面４７ａが層間絶縁膜４０の第１の絶縁膜４１および第２の絶縁膜４２、ゲート絶縁膜２０ならびに第１の主面１０ａにより形成された第２の凹部４７が形成される。
第２の凹部４７の幅Ｗ２は、第１の主面１０ａの法線方向に沿ってほぼ同様の値である。異方性エッチングは、たとえばドライエッチングである。たとえば、第１のマスク層４５が形成された炭化珪素基板１０を、圧力が１００ｍＴｏｒｒ以上５００ｍＴｏｒｒ以下のチャンバーに配置して、ＣＦ4ガスを用いてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パワー１００Ｗ以上１５００Ｗ以下の条件において、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２および第１の絶縁膜４１ならびにゲート絶縁膜２０に対して異方性エッチングが行われる。
次に、金属層形成工程が実施される。金属層形成工程では、図１２を参照して、第１のマスク層４５が層間絶縁膜４０上から除去された後、たとえばスパッタリングにより、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２の上部表面４６ｂ、第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａ、第２の凹部４７の第２の内壁面４７ａ、ソース領域１５およびｐ+領域１６に接する金属層６４が形成される。金属層６４は、好ましくはＴｉを含む膜であり、たとえばＴｉＮやＴｉＷからなる膜である。金属層６４の厚みは、たとえば０．０２５μｍ以上０．１５μｍ以下程度である。
次に、エッチング工程が実施される。エッチング工程では、図１３を参照して、炭化珪素基板１０に対してドライエッチングを実施することにより、層間絶縁膜４０の上面、第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａ、ソース領域１５上およびｐ+領域１６上に形成された金属層６４が除去され、第２の凹部４７の第２の内壁面４７ａに形成された金属層６４が残存する。
次に、工程（Ｓ８０）として、ソース電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、ソース領域１５（第１導電型領域）およびｐ+領域１６に接する第１の電極としてのソース電極５０が形成される。具体的には、図１４を参照して、スパッタリングにより、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む金属膜がソース領域１５、ｐ+領域１６および第２の金属層６２に接して形成される。次に、当該金属膜が形成された炭化珪素基板１０を加熱することにより、当該金属膜が合金化し、炭化珪素基板１０とオーミック接合するソース電極５０が形成される。
次に、工程（Ｓ９０）として、第２の等方性エッチング工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、図１５を参照して、層間絶縁膜４０上に接して、たとえばレジストからなる第２のマスク層５５が形成される。次に、ゲート電極３０の上方に開口を有するように第２のマスク層５５がパターニングされる。次に、図１６を参照して、当該第２のマスク層５５をマスクとして用いて、ゲート電極３０上に配置された層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２に対して等方性エッチングが行われる。これにより、層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２に第３の内壁面４８ａを有する第３の凹部４８が形成される。第３の凹部４８の第３の内壁面４８ａは、第１の凹部４６内から見て外向きに凸の形状を有している。等方性エッチングは、たとえばウェットエッチングである。なお、第２の等方性エッチングの条件は、第１の等方性エッチングの条件とほぼ同様である。
次に、工程（Ｓ１００）として、第２の異方性エッチング工程が実施される。この工程（Ｓ１００）では、図１７を参照して、第２の等方性エッチング工程の後、当該第２の等方性エッチング工程で使用された第２のマスク層５５を用いて、ゲート電極３０上に配置されている層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２および第１の絶縁膜４１に対して異方性エッチングが行われる。これにより、ゲート電極３０が層間絶縁膜４０から露出し、第３の凹部４８と連接し、かつ第４の内壁面４９ａが層間絶縁膜４０の第１の絶縁膜４１および第２の絶縁膜４２ならびにゲート電極３０により形成された第４の凹部４９が形成される。第４の凹部４９の幅Ｗ４は、第１の主面１０ａの法線方向に沿ってほぼ同様の値である。異方性エッチングは、たとえばドライエッチングである。なお、第２の異方性エッチングの条件は、第１の異方性エッチングの条件とほぼ同様である。
次に、工程（Ｓ１１０）として、配線形成工程が実施される。この工程（Ｓ１１０）では、第１の凹部４６および第２の凹部４７の内部に配置され、ソース領域１５およびｐ+領域１６と接する配線６０が形成される。図４を参照して、配線形成工程（Ｓ１１０）は、第１の金属層を形成する工程（Ｓ１１１）と、第２の金属層を形成する工程（Ｓ１１２）と、第３の金属層を形成する工程（Ｓ１１３）とを有していることが好ましい。
図１８を参照して、まずスパッタリング法により、たとえば層間絶縁膜４０の第２の絶縁膜４２および第１の絶縁膜４１、ゲート電極３０、ソース電極５０および金属層６４と接する第１の金属層６１が形成される。第１の金属層６１はたとえばＴｉ（チタン）から構成されている。次に、第１の金属層６１上に第２の金属層６２が形成される。第２の金属層６２は、たとえばＴｉＮ（窒化チタン）またはＴｉＷ（チタンタングステン）などから構成されている。次に、第３の金属層６３が第２の金属層６２上に接して形成される。第３の金属層６３は、好ましくはＡｌ、ＳｉおよびＣｕを含み、たとえばＡｌＳｉＣｕ合金からなる。配線６０の厚みＴ１は、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上７μｍ以下であり、たとえば５μｍである。配線６０は、第１の凹部４６の第１の側壁面４６ａと、第２の凹部４７の第２の側壁面４７ａと、第３の凹部４８の第３の側壁面４８ａと、第４の凹部４９の第４の側壁面４９ａとに接して形成される。
次に、図１を参照して、配線６０がパターニングされ、パッシベーション層９０により互いに絶縁されたソース電極配線６０ａおよびゲート電極配線６０ｂが形成される。ソース電極配線６０ａは、第１の凹部４６の第１の側壁面４６ａおよび第２の凹部４７の第２の側壁面４７ａに接し、ソース電極５０と電気的に接続するように形成される。ゲート電極配線６０ｂは、第３の凹部４８の第３の側壁面４８ａおよび第４の凹部４９の第４の側壁面４９ａに接し、ゲート電極３０と電気的に接続するように形成される。以上のようにして、本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１が製造される。
なお、本実施の形態において、ソース電極配線６０ａが配置される第１の凹部４６および第２の凹部４７が形成された後に、ゲート電極配線６０ｂが配置される第３の凹部４８および第４の凹部４９が形成される場合について説明したが、ソース電極配線６０ａが配置される第１の凹部４６および第２の凹部４７が形成される前に、ゲート電極配線６０ｂが配置される第３の凹部４８および第４の凹部４９が形成されてもよい。
また、第１の凹部４６および第３の凹部４８が同時に形成されてもよい。第１の凹部４６および第３の凹部４８が同時に形成される場合には、ゲート電極３０の上方およびソース電極５０の上方に開口を有する第１のマスク層４５が形成され、当該第１のマスク層４５を用いて、層間絶縁膜４０に対して等方性エッチングが行われることにより、層間絶縁膜４０に第１の凹部４６および第３の凹部４８が形成される。次に、当該第１のマスク層４５を用いて、ソース領域１５およびｐ+領域１６上方の層間絶縁膜４０およびゲート絶縁膜２０に対して異方性エッチングが行われて第２の凹部４７が形成され、ゲート電極３０上方の層間絶縁膜４０に対して第４の凹部４９が形成される。第２の凹部４７および第４の凹部４９は同時に形成されてもよいし、別々に形成されてもよい。
本実施の形態において炭化珪素半導体装置としてＭＯＳＦＥＴを例に説明したが、炭化珪素半導体装置はたとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであってもよい。炭化珪素半導体装置がＩＧＢＴの場合、第１の電極５０がエミッタ電極であり、第１の配線６０ａはエミッタ電極配線である。また本実施の形態において、ｎ型およびｐ型はそれぞれ第１導電型および第２導電型であるとして説明したが、ｎ型およびｐ型はそれぞれ第２導電型および第１導電型であってもよい。
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置およびその製造方法の作用効果について説明する。
本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、等方性エッチングを行うことにより層間絶縁膜４０に第１の凹部４６が形成された後、異方性エッチングを行うことによりソース領域１５を露出させることで第２の凹部４７が形成される。第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａおよび第２の凹部４７の第２の内壁面４７ａに接して配置され、かつソース電極５０に接続されたソース電極配線６０ａが形成される。等方性エッチングにより、層間絶縁膜４０において丸みを有する第１の内壁面４６ａを有する第１の凹部４６が形成される。ソース電極配線６０ａは、当該第１の内壁面４６ａに接して配置されるので、ソース電極配線６０ａの内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、ソース電極配線６０ａに大電流を流したときにソース電極配線６０ａが断線することを抑制することができるため、ソース電極配線６０ａの信頼性を向上させることができる。
また本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、層間絶縁膜４０を形成する工程は、層間絶縁膜４０を加熱することにより層間絶縁膜４０の上部表面４２ｂの段差Ｔ２を低減させる工程を含む。これにより、配線６０は上部表面４２ｂの段差Ｔ２が低減された層間絶縁膜４０上に形成されるので、配線６０の内部に空洞が発生することを効率的に抑制することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、層間絶縁膜４０を形成する工程は、ゲート電極３０に接しかつ不純物がドープされていない第１の絶縁膜４１を形成する工程と、第１の絶縁膜４１を覆い、第１の絶縁膜４１よりも低い軟化点を有しかつ不純物がドープされている第２の絶縁膜４２を形成する工程とを含む。これにより、低い温度で層間絶縁膜４０の上部表面４２ｂの段差Ｔ２を低減することができる。また、第１の絶縁膜４１には不純物がドープされていないので、たとえばリンなどの不純物がゲート絶縁膜２０と炭化珪素基板１０との界面に拡散し、ゲート電圧の閾値電圧が変動することを抑制することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、層間絶縁膜４０を形成する工程は、第２の絶縁膜４２を覆いかつ二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜４３を形成する工程をさらに含む。二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜４３は配線６０との密着性が良い。そのため、第３の絶縁膜４３を形成することにより、第３の絶縁膜４３上に形成される配線６０のつきまわりを向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、第１の等方性エッチングはウェットエッチングである。これにより、幅Ｗ１が第１の主面１０ａから離れるにつれて大きくなるような第１の凹部４６を効率的に形成することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、第１の異方性エッチングはドライエッチングである。これにより、第１の主面１０ａの法線方向に沿って、幅Ｗ２がほぼ同じである第２の凹部４７を効率的に形成することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、等方性エッチングにより形成された第３の凹部４８の第３の内壁面４８ａに接してゲート電極配線６０ｂが形成されるため、ゲート電極配線６０ｂの内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、ゲート電極配線６０ｂに電流を流した場合に、ゲート電極配線６０ｂが断線することを抑制することができるので、ゲート電極配線６０ｂの信頼性を向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、配線６０の厚みＴ１は２μｍ以上１０μｍ以下である。配線６０の厚みが２μｍ以上であれば、配線６０に大電流を流すことができる。また配線６０の厚みＴ１が１０μｍ以下であれば、配線６０の加工性を向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、配線６０を形成する工程は、層間絶縁膜４０に接し、かつチタンから構成された第１の金属層６１を形成する工程を含む。層間絶縁膜４０に接してチタンから構成された第１の金属層６１を形成することにより、層間絶縁膜４０に対する配線６０の密着性を向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、配線６０を形成する工程は、第１の金属層６１に接し、かつ窒化チタンまたはチタンタングステンから構成された第２の金属層６２を形成する工程をさらに含む。これにより、第２の金属層６２上にアルミニウムを含む第３の金属層６３を形成させる場合において、アルミニウムがゲート電極３０に侵入することを抑制することができる。
本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、第１の凹部４６は、第１の主面１０ａから離れるにつれて幅Ｗ１が大きくなるように形成され、第２の凹部４７は、第１の凹部４６に連接して形成されている。ソース電極配線６０ａは、第１の内壁面４６ａおよび第２の内壁面４７ａに接して配置される。これにより、ソース電極配線６０ａが第１の主面１０ａから離れるにつれて幅Ｗ１が大きくなる第１の凹部４６の第１の内壁面４６ａに接して配置されるので、ソース電極配線６０ａの内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、ソース電極配線６０ａに大電流を流したときにソース電極配線６０ａが断線することを抑制することができるため、ソース電極配線６０ａの信頼性を向上させることができる。
また本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、層間絶縁膜４０の上部表面４２ｂにおいてゲート電極３０の外周角部３０ａを囲む肩部４２ａは、ゲート電極３０の外周角部３０ａよりも丸みを有する。これにより、層間絶縁膜４０の上部表面４２ｂにおいてゲート電極３０の外周角部３０ａを囲む肩部４２ａ付近に形成されるソース電極配線６０ａにおいて内部に空洞が形成されることを効率的に抑制することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、ゲート電極配線６０ｂが第１の主面１０ａから離れるにつれて幅Ｗ３が大きくなる第３の凹部４８の第３の内壁面４８ａに接して配置されるので、ゲート電極配線６０ｂの内部に空洞が形成されることを抑制することができる。結果として、ゲート電極配線６０ｂに大電流を流したときにゲート電極配線６０ｂが断線することを抑制することができるため、ゲート電極配線６０ｂの信頼性を向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、層間絶縁膜４０は、ゲート電極３０に接しかつ不純物がドープされていない第１の絶縁膜４１と、第１の絶縁膜４１を覆い、第１の絶縁膜４１よりも低い軟化点を有しかつ不純物がドープされている第２の絶縁膜４２とを含む。これにより、低い温度で層間絶縁膜４０の上部表面４２ｂの段差Ｔ２を低減することができる。また、第１の絶縁膜４１には不純物がドープされていないので、たとえばリンなどの不純物がゲート絶縁膜２０と炭化珪素基板１０との界面に拡散し、ゲート電圧の閾値電圧が変動することを抑制することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、層間絶縁膜４０は、第２の絶縁膜４２を覆いかつ二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜４３をさらに含む。二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜４３はソース電極配線６０ａおよびゲート電極配線６０ｂとの密着性が良い。そのため、第３の絶縁膜４３上に形成されるソース電極配線６０ａおよびゲート電極配線６０ｂのつきまわりを向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、ソース電極配線６０ａの厚みＴ１は２μｍ以上１０μｍ以下である。ソース電極配線６０ａの厚みＴ１が２μｍ以上であれば、ソース電極配線６０ａに大電流を流すことができる。またソース電極配線６０ａの厚みＴ１が１０μｍ以下であれば、ソース電極配線６０ａの加工性を向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、ソース電極配線６０ａは、層間絶縁膜４０に接し、かつチタンから構成された第１の金属層６１含む。層間絶縁膜４０に接してチタンから構成された第１の金属層６１を配置することにより、層間絶縁膜４０に対するソース電極配線６０ａの密着性を向上させることができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、ソース電極配線６０ａは、第１の金属層６１に接し、かつ窒化チタンまたはチタンタングステンから構成された第２の金属層６２をさらに含む。これにより、第２の金属層６２上にアルミニウムを含む第３の金属層６３が配置されている場合において、アルミニウムがゲート電極３０に侵入することを抑制することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ ＭＯＳＦＥＴ、１０ 炭化珪素基板、１０ａ 第１の主面、１０ｂ 第２の主面、１１ ベース基板、１２ エピタキシャル層、１３ ドリフト領域、１４ ボディ領域、１５ ソース領域（第１導電型領域）、１６ ｐ+領域、２０ ゲート絶縁膜、３０ ゲート電極、３０ａ 外周角部、４０ 層間絶縁膜、４１ 第１の絶縁膜、４１ａ，４２ａ 肩部、４２ 第２の絶縁膜、４２ｂ 上部表面、４３ 第３の絶縁膜、４５ 第１のマスク層、４６ 第１の凹部、４６ａ 第１の内壁面、４７ 第２の凹部、４７ａ 第２の内壁面、４８ 第３の凹部、４８ａ 第３の内壁面、４９ 第４の凹部、４９ａ 第４の内壁面、５０ ソース電極（第１の電極）、５５ 第２のマスク層、６０ 配線、６０ａ ソース電極配線（第１の配線）、６０ｂ ゲート電極配線（第２の配線）、６１，６１ａ，６１ｂ 第１の金属層、６２，６２ａ，６２ｂ 第２の金属層、６３，６３ａ，６３ｂ 第３の金属層、６４ 金属層、７０ ドレイン電極、８０ 裏面保護電極、９０ 絶縁体、Ｔ１ 厚み、Ｔ２，Ｔ３ 段差、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４ 幅。

Claims (13)

  1. 互いに対向する第１の主面および第２の主面を有し、前記第１の主面に接してゲート絶縁膜が設けられ、前記ゲート絶縁膜に接してゲート電極が設けられ、かつ前記第１の主面に接する第１導電型領域を含む炭化珪素基板を準備する工程と、
    前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜と接する層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜に接してマスク層を形成する工程と、
    前記マスク層を用いて前記層間絶縁膜に対して第１の等方性エッチングを行うことにより前記層間絶縁膜に第１の内壁面を有する第１の凹部を形成する工程と、
    前記第１の凹部を形成する工程の後、前記マスク層を用いて前記層間絶縁膜および前記ゲート絶縁膜に対して第１の異方性エッチングを行って前記炭化珪素基板の前記第１導電型領域を前記ゲート絶縁膜から露出させることにより、第２の内壁面を有する第２の凹部を形成する工程と、
    前記第１導電型領域に接して第１の電極を形成する工程と、
    前記第１の内壁面および前記第２の内壁面に接して配置され、かつ前記第１の電極に電気的に接続される配線を形成する工程とを備え、
    前記層間絶縁膜を形成する工程は、前記層間絶縁膜を加熱することにより前記層間絶縁膜の上部表面の段差を低減させる工程を含み、
    前記段差を低減させる工程においては、前記層間絶縁膜の肩部の形状が丸みを有するように変形し、
    前記段差を低減させる工程後に、前記肩部に接する前記配線が形成され、
    前記配線を形成する工程においては、前記第１の内壁面および前記第２の内壁面の各々に接して金属層を形成した後、前記第１の内壁面に形成された前記金属層の部分が除去され、前記第２の内壁面に形成された前記金属層の部分は残存し、
    前記金属層はＴｉを含む膜である、炭化珪素半導体装置の製造方法。
  2. 前記層間絶縁膜を形成する工程は、前記ゲート電極に接し、かつ不純物がドープされていない第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜を覆い、前記第１の絶縁膜よりも低い軟化点を有し、かつ不純物がドープされている第２の絶縁膜を形成する工程とを含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  3. 前記層間絶縁膜を形成する工程は、前記第２の絶縁膜を覆いかつ二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜を形成する工程をさらに含む、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  4. 前記第１の等方性エッチングはウェットエッチングである、請求項１〜３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。
  5. 前記第１の異方性エッチングはドライエッチングである、請求項１〜４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。
  6. 前記ゲート電極上に配置された前記層間絶縁膜に対して第２の等方性エッチングを行うことにより第３の内壁面を有する第３の凹部を形成する工程と、
    前記第３の凹部を形成する工程の後、前記層間絶縁膜に対して第２の異方性エッチングを行って前記ゲート電極を前記層間絶縁膜から露出させることにより第４の内壁面を有する第４の凹部を形成する工程とをさらに備え、
    前記配線を形成する工程では、前記第３の内壁面および前記第４の内壁面に接して配置され、かつ前記ゲート電極と電気的に接続する前記配線が形成される、請求項１〜５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。
  7. 前記配線の厚みは２μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１〜６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。
  8. 互いに対向する第１の主面および第２の主面を有し、かつ前記第１の主面に接して設けられた第１導電型領域を含む炭化珪素基板と、
    前記炭化珪素基板の前記第１の主面に接するゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜に接するゲート電極と、
    前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜と接する層間絶縁膜と、
    前記第１の主面から離れるにつれて幅が大きくなるように形成され、かつ第１の内壁面が前記層間絶縁膜により形成された第１の凹部と、
    前記第１の凹部と連接し、かつ第２の内壁面が前記層間絶縁膜および前記ゲート絶縁膜により形成された第２の凹部と、
    前記第２の凹部内に配置され、かつ前記第１導電型領域に接する第１の電極と、
    前記第１の内壁面および前記第２の内壁面に接して配置され、かつ前記第１の電極と電気的に接続する第１の配線とを備え、
    前記層間絶縁膜の肩部の形状が丸みを有し、前記第１の配線は前記肩部に接し、
    前記第１の配線は、前記第１の内壁面に接する第１金属層と、前記第２の内壁面に接する第２金属層とを含み、
    前記第１金属層はチタンから構成され、かつ前記第２金属層は窒化チタンまたは窒化タングステンから構成されている、炭化珪素半導体装置。
  9. 前記層間絶縁膜の上部表面において前記ゲート電極の外周角部を囲む部分は、前記ゲート電極の前記外周角部よりも丸みを有する、請求項８に記載の炭化珪素半導体装置。
  10. 前記ゲート電極上に配置された前記層間絶縁膜に形成され、かつ前記第１の主面から離れるにつれて幅が大きくなるように形成された第３の内壁面を有する第３の凹部と、
    前記第３の凹部と連接し、かつ第４の内壁面が前記層間絶縁膜により形成された第４の凹部と、
    前記第３の内壁面および前記第４の内壁面に接して配置され、かつ前記ゲート電極と電気的に接続された第２の配線とをさらに備える、請求項８または９に記載の炭化珪素半導体装置。
  11. 前記層間絶縁膜は、前記ゲート電極に接しかつ不純物がドープされていない第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜を覆い、前記第１の絶縁膜よりも低い軟化点を有しかつ不純物がドープされている第２の絶縁膜とを含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
  12. 前記層間絶縁膜は、前記第２の絶縁膜を覆いかつ二酸化珪素から構成された第３の絶縁膜をさらに含む、請求項１１に記載の炭化珪素半導体装置。
  13. 前記第１の配線の厚みは２μｍ以上１０μｍ以下である、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
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