(57)【要約】【課題】炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を効果的に低減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。【解決手段】炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対して第１の不純物をイオン注入することにより第１の不純物領域１４が形成される。第１の不純物領域１４に接する金属層１６ａが形成される。炭化珪素基板１０および金属層１６ａをアニールすることにより電極１６が形成される。金属層１６ａと第１の不純物領域１４との境界部１０ｃにおける第１の不純物の濃度が、第１の不純物領域１４の第１の不純物の濃度の最大値よりも小さくなるように金属層１６ａが形成される。電極１６と第１の不純物領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が、法線方向における第１の不純物領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるように電極１６が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有する炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素基板の前記第１の主面に対して第１の不純物をイオン注入することにより第１導電型を有する第１の不純物領域を形成する工程と、
前記第１の不純物領域に接する金属層を形成する工程と、
前記炭化珪素基板および前記金属層をアニールすることにより電極を形成する工程とを備え、
前記金属層を形成する工程において、前記金属層と前記第１の不純物領域との境界部における前記第１の不純物の濃度が、前記第１の主面の法線方向における前記第１の不純物領域の前記第１の不純物の濃度の最大値よりも小さくなるように前記金属層が形成され、
前記電極を形成する工程後において、前記電極と前記第１の不純物領域との境界部における前記第１の不純物の濃度が、前記法線方向における前記第１の不純物領域の前記第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるように前記電極が形成される、炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の不純物領域を形成する工程後であって、前記金属層を形成する工程前に、前記炭化珪素基板の前記第１の不純物領域に対してエッチングを行うことにより凹部を形成する工程をさらに備え、
前記金属層を形成する工程では、前記凹部の底部において前記第１の不純物領域と接するように前記金属層が形成される、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】
前記第１の不純物領域を形成する工程後であって、前記金属層を形成する工程前に、前記炭化珪素基板の前記第１の主面を熱酸化する工程と、
前記第１の主面を熱酸化する工程により形成された酸化膜を除去する工程とをさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属層を形成する工程前に、前記炭化珪素基板の前記第１の主面に対して第２の不純物をイオン注入することにより、第２導電型を有し、かつ前記第１の不純物領域と接する第２の不純物領域を形成する工程をさらに備え、
前記金属層を形成する工程において、前記第１の不純物領域および前記第２の不純物領域の各々と接するように前記金属層が形成され、
前記電極を形成する工程後において、前記電極と前記第２の不純物領域との境界部における前記第２の不純物の濃度が、前記法線方向における前記第２の不純物領域の前記第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるように前記電極が形成される、請求項１〜請求項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。
【請求項５】
前記第１の不純物領域を形成する工程後であって、前記金属層を形成する工程前に、前記炭化珪素基板の前記第１の主面に対向するとともに前記第１の不純物領域の少なくとも一部を露出させる開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、前記開口部内において前記絶縁膜および前記第１の不純物領域の各々に接し、かつアルミニウムを含まないバッファ層を形成する工程と、前記開口部内において前記絶縁膜と接する前記バッファ層を残しつつ前記第１の不純物領域上から前記バッファ層を除去する工程とをさらに備え、
前記金属層を形成する工程では、前記開口部内において前記第１の不純物領域および前記バッファ層の各々に接し、かつアルミニウムを含む前記金属層が形成され、
前記電極を形成する工程では、前記炭化珪素基板、前記金属層および前記バッファ層をアニールすることにより前記電極が形成される、請求項１〜請求項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。
【請求項６】
前記バッファ層は、チタンおよび窒素を含む、請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有する炭化珪素基板を備え、
前記炭化珪素基板の前記第１の主面には、前記第１の主面と連接する側部と、前記側部と連接する底部とからなる凹部が形成されており、
前記炭化珪素基板は、前記凹部の前記底部の少なくとも一部を構成し、第１導電型を有し、かつ第１の不純物を有する第１の不純物領域を含み、さらに、
前記凹部の前記底部において前記第１の不純物領域と接する電極を備え、
断面視において、前記第１の不純物領域の外周端部と前記第１の主面との接点を第１の接点とし、前記凹部の前記側部と前記第１の主面との接点を第２の接点とした場合、前記電極および前記第１の不純物領域の境界部における前記第１の不純物の濃度は、前記第１の接点と前記第２の接点との中間点を通り、かつ前記第１の主面の法線と平行な直線に沿った前記第１の不純物領域の前記第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上である、炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記炭化珪素基板は、前記第１の不純物領域および前記電極の各々に接し、第２導電型を有し、かつ第２の不純物を有する第２の不純物領域を含み、
前記電極と前記第２の不純物領域との境界部における前記第２の不純物の濃度は、前記第１の主面の法線方向に沿った前記第２の不純物領域の前記第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上である、請求項７に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項９】
前記炭化珪素基板の前記第１の主面に対向する位置に設けられた層間絶縁膜をさらに備え、
前記電極は、前記層間絶縁膜と接するバッファ層と、前記バッファ層によって前記層間絶縁膜から離間され、かつ前記凹部の前記底部において前記第１の不純物領域と接する金属層とを含み、
前記バッファ層はアルミニウムを含まない材料からなり、かつ前記金属層はアルミニウムを含む材料からなる、請求項７または請求項８に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項１０】
前記バッファ層は、チタンおよび窒素を含む、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関し、特定的には、炭化珪素基板に不純物領域が形成された炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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。
【０００３】
たとえば、特開平８−８２１０号公報（特許文献１）には、炭化珪素基板に対してオーミック接触する電極を備えた炭化珪素半導体素子の製造方法が記載されている。当該炭化珪素半導体素子の製造方法によれば、炭化珪素基板の表面に対してイオン注入が行われた後に、当該表面からイオン注入するイオン種の濃度がピーク値にある深さまで当該表面層が熱酸化される。当該熱酸化によって形成された酸化層が除去された後、露出した表面に金属電極が形成される。これにより、低い接触抵抗を有する電極を炭化珪素基板の表面に形成することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−８２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
イオン種の濃度がピーク値にある深さまで炭化珪素基板の表面層が熱酸化された後に、当該熱酸化によって形成された酸化層が除去されると、不純物領域の中で最も不純物濃度が高い領域が炭化珪素基板の表面に露出する。当該炭化珪素基板の表面に電極を形成することにより、電極と炭化珪素基板との間の接触抵抗はある程度低減される。しかしながら、上記方法では、電極と炭化珪素基板と間の接触抵抗を十分に低減することはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を効果的に低減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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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備えている。第１の主面と、第１の主面と反対側の第２の主面とを有する炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板の第１の主面に対して第１の不純物をイオン注入することにより第１導電型を有する第１の不純物領域が形成される。第１の不純物領域に接する金属層が形成される。炭化珪素基板および金属層をアニールすることにより電極が形成される。金属層を形成する工程において、金属層と第１の不純物領域との境界部における第１の不純物の濃度が、第１の主面の法線方向における第１の不純物領域の第１の不純物の濃度の最大値よりも小さくなるように金属層が形成される。電極を形成する工程後において、電極と第１の不純物領域との境界部における第１の不純物の濃度が、法線方向における第１の不純物領域の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるように電極が形成される。
【０００８】
本発明に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、電極とを備える。炭化珪素基板は、第１の主面と、第１の主面と反対側の第２の主面とを有する。炭化珪素基板の第１の主面には、第１の主面と連接する側部と、側部と連接する底部とからなる凹部が形成されている。炭化珪素基板は、凹部の底部の少なくとも一部を構成し、第１導電型を有し、かつ第１の不純物を有する第１の不純物領域を含む。電極は、凹部の底部において第１の不純物領域と接する。断面視において、第１の不純物領域の外周端部と第１の主面との接点を第１の接点とし、凹部の側部と第１の主面との接点を第２の接点とした場合、電極および第１の不純物領域の境界部における第１の不純物の濃度は、第１の接点と第２の接点との中間点を通り、かつ第１の主面の法線と平行な直線に沿った第１の不純物領域の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を効果的に低減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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に説明するための断面模式図である。
【図２】図１における領域ＩＩの拡大図である。
【図３】図２における方向Ｘaに沿ったソース領域における第１の不純物の濃度分布を示す図である。
【図４】図２における方向Ｘbに沿ったコンタクト領域における第２の不純物の濃度分布を示す図である。
【図５】図２における方向Ｘcに沿ったソース領域における第１の不純物の濃度分布を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の変形例の構造を概略的に説明するための断面模式図である。
【図７】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を概略的に説明するためのフロー図である。
【図８】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の第１の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図９】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の第２の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１０】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の第３の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１１】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の第４の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１２】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の第５の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１３】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の第６の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１４】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の第７の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１５】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の第８の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１６】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の第９の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１７】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の第１０の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１８】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の第１１の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図１９】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の第１２の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図２０】図１９における方向Ｘaに沿ったソース領域における第１の不純物の濃度分布を示す図である。
【図２１】図１９における方向Ｘbに沿ったコンタクト領域における第２の不純物の濃度分布を示す図である。
【図２２】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の第１３の工程を概略的に説明するための断面模式図である。
【図２３】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の第８の工程の変形例を概略的に説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本願発明の実施形態の説明］
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。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。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００１２】
発明者らは、炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を低減する方法について鋭意研究の結果、以下の知見を得て本発明を見出した。
【００１３】
特開平８−８２１０号公報に記載の方法によれば、炭化珪素基板の表面において不純物領域の不純物濃度が最大値を示す領域を露出させ、当該表面上に金属層を形成した後に、当該金属層をアニールして電極を形成していた。金属層をアニールすると、金属層が炭化珪素と反応して合金層が形成される。当該合金化層は、炭化珪素基板の表面の一部を取り込むように形成される。そのため、アニール後の合金化層の底部（言い換えれば、電極と不純物領域との境界部）は、炭化珪素基板の表面に位置するのではなく、炭化珪素基板の表面よりも裏面側に位置する。つまり、炭化珪素基板の表面に不純物領域の不純物濃度が最大値を示す領域を露出させ、当該表面に金属層を形成した後に当該金属層をアニールすると、合金化層の底部における不純物濃度は、上記不純物領域の不純物濃度の最大値よりも小さくなる。
【００１４】
発明者らは、鋭意研究の結果、炭化珪素基板の表面（つまり、アニール前の金属層と不純物領域との境界部）に、不純物領域の不純物濃度が大きい領域を露出させるのではなく、アニール後の電極と不純物領域との境界部に、不純物領域の不純物濃度が大きい領域が位置するように電極を形成することにより、炭化珪素基板と、電極との接触抵抗を効果的に低減することができることを見出した。
【００１５】
（１）実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法は以下の工程を備えている。第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有する炭化珪素基板１０が準備される。炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対して第１の不純物をイオン注入することにより第１導電型を有する第１の不純物領域１４が形成される。第１の不純物領域１４に接する金属層１６ａが形成される。炭化珪素基板１０および金属層１６ａをアニールすることにより電極１６が形成される。金属層１６ａを形成する工程において、金属層１６ａと第１の不純物領域１４との境界部１０ｃにおける第１の不純物の濃度が、第１の主面１０ａの法線方向における第１の不純物領域１４の第１の不純物の濃度の最大値よりも小さくなるように金属層１６ａが形成される。電極１６を形成する工程後において、電極１６と第１の不純物領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が、法線方向における第１の不純物領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるように電極１６が形成される。
【００１６】
上記（１）に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法によれば、電極１６と第１の不純物領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が、法線方向における第１の不純物領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるように電極１６が形成される。これにより、電極１６と第１の不純物領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含む第１の不純物領域１４と、電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００１７】
（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において、第１の不純物領域１４を形成する工程後であって、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０の第１の不純物領域１４に対してエッチングを行うことにより凹部８を形成する工程をさらに備えていてもよい。金属層１６ａを形成する工程では、凹部８の底部８ｂにおいて第１の不純物領域１４と接するように金属層１６ａが形成される。これにより、第１の不純物領域１４と、金属層１６ａとの接触面積が大きくなるので、炭化珪素基板１０が含む第１の不純物領域１４と、電極１６との接触抵抗をより効果的に低減することができる。また第１の不純物領域１４に対してエッチングを行うことにより、第１の不純物領域１４の表面に第１の不純物の濃度が高い領域を効果的に露出させることができる。
【００１８】
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において、第１の不純物領域１４を形成する工程後であって、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを熱酸化する工程と、第１の主面１０ａを熱酸化する工程により形成された酸化膜２４を除去する工程とをさらに備えてもよい。これにより、第１の不純物領域１４における第１の不純物の濃度が最大値を示す位置が、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから遠く離れた位置にある場合において、第１の不純物の濃度が最大値を示す位置を炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの近くに位置させることができる。
【００１９】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対して第２の不純物をイオン注入することにより、第２導電型を有し、かつ第１の不純物領域１４と接する第２の不純物領域１８を形成する工程をさらに備えてもよい。金属層１６ａを形成する工程において、第１の不純物領域１４および第２の不純物領域１８の各々と接するように金属層１６ａが形成される。電極１６を形成する工程後において、電極１６と第２の不純物領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度が、法線方向における第２の不純物領域１８の第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるように電極１６が形成される。これにより、電極１６と第２の不純物領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含む第２の不純物領域１８と、電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００２０】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において、第１の不純物領域１４を形成する工程後であって、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対向するとともに第１の不純物領域１４の少なくとも一部を露出させる開口部８０を有する絶縁膜２２を形成する工程と、開口部８０内において絶縁膜２２および第１の不純物領域１４の各々に接し、かつアルミニウムを含まないバッファ層１６ｂを形成する工程と、開口部８０内において絶縁膜２２と接するバッファ層１６ｂを残しつつ第１の不純物領域１４上からバッファ層１６ｂを除去する工程とをさらに備えてもよい。金属層１６ａを形成する工程では、開口部８０内において第１の不純物領域１４およびバッファ層１６ｂの各々に接し、かつアルミニウムを含む金属層１６ａが形成される。電極１６を形成する工程では、炭化珪素基板１０、金属層１６ａおよびバッファ層１６ｂをアニールすることにより電極１６が形成される。ここで、アルミニウムを含まないバッファ層１６ｂは、意図的にアルミニウムが添加されていないバッファ層１６ｂを意味し、たとえば不純物としてアルミニウムが混入したバッファ層１６ｂであってもよい。バッファ層１６ｂが絶縁膜２２と接しているので、金属層１６ａが含むアルミニウムが絶縁膜２２に拡散することを抑制することができる。これにより、炭化珪素半導体装置１の絶縁性が低下することを抑制することができる。
【００２１】
（６）上記（５）に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において、バッファ層１６ｂは、チタンおよび窒素を含んでもよい。これにより、電極１６と絶縁膜２２との密着性を向上させることができる。
【００２２】
（７）実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１は、炭化珪素基板１０と、電極１６とを備える。炭化珪素基板１０は、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有する。炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａには、第１の主面１０ａと連接する側部８ａと、側部８ａと連接する底部８ｂとからなる凹部８が形成されている。炭化珪素基板１０は、凹部８の底部８ｂの少なくとも一部を構成し、第１導電型を有し、かつ第１の不純物を有する第１の不純物領域１４を含む。電極１６は、凹部８の底部８ｂにおいて第１の不純物領域１４と接する。断面視において、第１の不純物領域１４の外周端部１４ａと第１の主面１０ａとの接点を第１の接点１４ｂとし、凹部８の側部８ａと第１の主面１０ａとの接点を第２の接点１６ｄとした場合、電極１６および第１の不純物領域１４の境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度は、第１の接点１４ｂと第２の接点１６ｄとの中間点１４ｃを通り、かつ第１の主面１０ａの法線と平行な直線に沿った第１の不純物領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。
【００２３】
上記（７）に係る炭化珪素半導体装置１によれば、断面視において、第１の不純物領域１４の外周端部１４ａと第１の主面１０ａとの接点を第１の接点１４ｂとし、凹部８の側部８ａと第１の主面１０ａとの接点を第２の接点１６ｄとした場合、電極１６および第１の不純物領域１４の境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度は、第１の接点１４ｂと第２の接点１６ｄとの中間点１４ｃを通り、かつ第１の主面１０ａの法線と平行な直線に沿った第１の不純物領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。これにより、電極１６と第１の不純物領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含む第１の不純物領域１４と、電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００２４】
（８）上記（７）に係る炭化珪素半導体装置１において、炭化珪素基板１０は、第１の不純物領域１４および電極１６の各々に接し、第２導電型を有し、かつ第２の不純物を有する第２の不純物領域１８を含んでもよい。電極１６と第２の不純物領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度は、第１の主面の法線方向に沿った第２の不純物領域１８の第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。これにより、電極１６と第２の不純物領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含む第２の不純物領域１８と、電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００２５】
（９）上記（７）または（８）に係る炭化珪素半導体装置１において、炭化珪素半導体装置１は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対向する位置に設けられた層間絶縁膜２１をさらに備えてもよい。電極１６は、層間絶縁膜２１と接するバッファ層１６ｂと、バッファ層１６ｂによって層間絶縁膜２１から離間され、かつ凹部８の底部８ｂにおいて第１の不純物領域１４と接する金属層１６ａとを含む。バッファ層１６ｂはアルミニウムを含まない材料からなり、かつ金属層１６ａはアルミニウムを含む材料からなる。バッファ層１６ｂが絶縁膜２２と接しているので、金属層１６ａが含むアルミニウムが絶縁膜２２に拡散することを抑制することができる。これにより、炭化珪素半導体装置１の絶縁性が低下することを抑制することができる。
【００２６】
（１０）上記（９）に係る炭化珪素半導体装置１において、バッファ層１６ｂは、チタンおよび窒素を含んでもよい。これにより、電極１６と絶縁膜２２との密着性を向上させることができる。
【００２７】
［本願発明の実施形態の詳細］
まず、本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の構成について説明する。
【００２８】
図１を参照して、本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１は、炭化珪素基板１０と、ゲート電極２７と、ゲート酸化膜１５と、層間絶縁膜２１と、ソース電極１６と、表面保護電極１９と、ドレイン電極２０と、裏面保護電極２３とを主に有している。炭化珪素基板１０は、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有し、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層５とを主に含む。
【００２９】
炭化珪素単結晶基板１１は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素単結晶からなる。炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの最大径は、たとえば１００ｍｍより大きく、好ましくは１５０ｍｍ以上である。炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａは、たとえば｛０００１｝面または｛０００１｝面から８°以下オフした面である。具体的には、第１の主面１０ａは、たとえば（０００１）面または（０００１）面から８°以下程度オフした面であり、第２の主面１０ｂは、（０００−１）面または（０００−１）面から８°以下程度オフした面である。炭化珪素基板１０の厚みは、たとえば７００μｍ以下であり、好ましくは５００μｍ以下である。
【００３０】
炭化珪素エピタキシャル層５は、ドリフト領域１２と、ボディ領域１３と、ソース領域１４と、コンタクト領域１８とを有している。ドリフト領域１２は、窒素などのドナー不純物を含むｎ型（第１導電型）の領域である。ドリフト領域１２におけるドナー不純物の濃度は、たとえば５．０×１０15ｃｍ-3程度である。ボディ領域１３はｐ型（第２導電型）を有する領域である。ボディ領域１３に含まれるアクセプタ不純物は、たとえばＡｌ（アルミニウム）またはＢ（ホウ素）などである。ボディ領域１３に含まれるアクセプタ不純物の濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3程度である。
【００３１】
ソース領域１４（第１の不純物領域）は、リンなどのドナー不純物を含むｎ型の領域である。ソース領域１４は、ボディ領域１３に取り囲まれるように、ボディ領域１３の内部に形成されている。ソース領域１４のドナー不純物の濃度は、ドリフト領域１２のドナー不純物の濃度よりも高い。ソース領域１４のドナー不純物の濃度はたとえば１×１０19ｃｍ-3である。ソース領域１４は、ボディ領域１３によりドリフト領域１２と隔てられている。
【００３２】
コンタクト領域１８（第２の不純物領域）はｐ型領域である。コンタクト領域１８は、ソース領域１４に囲まれて設けられており、ボディ領域１３に接して形成されている。コンタクト領域１８は、たとえばＡｌまたはＢなどの不純物をボディ領域１３に含まれる不純物よりも高い濃度で含んでいる。コンタクト領域１８におけるＡｌまたはＢなどの不純物濃度はたとえば１×１０20ｃｍ-3である。
【００３３】
ゲート酸化膜１５は、一方のソース領域１４の上部表面から他方のソース領域１４の上部表面にまで延在するように炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接して形成されている。ゲート酸化膜１５は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおいてソース領域１４、ボディ領域１３およびドリフト領域１２に接している。ゲート酸化膜１５は、たとえば二酸化珪素からなっている。ゲート酸化膜１５の厚みは、たとえば４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下程度である。
【００３４】
ゲート電極２７は、一方のソース領域１４上から他方のソース領域１４上にまで延在するように、ゲート酸化膜１５に接触して配置されている。ゲート電極２７は、炭化珪素基板１０との間にゲート酸化膜１５を挟むようにゲート酸化膜１５上に設けられている。ゲート電極２７は、ソース領域１４、ボディ領域１３およびドリフト領域１２の上方にゲート酸化膜１５を介して形成されている。ゲート電極２７は、たとえば不純物がドーピングされたポリシリコンまたはＡｌなどの導電体からなっている。
【００３５】
ソース電極１６は、ゲート酸化膜１５から離れる向きに、ソース領域１４上からコンタクト領域１８上にまで延在するように、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接して配置されている。ソース電極１６は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおいてソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々と接する。ソース電極１６の構造の詳細については後述する。
【００３６】
層間絶縁膜２１は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対向する位置に設けられている。具体的には、層間絶縁膜２１は、ゲート電極２７を覆うようにゲート電極２７およびゲート酸化膜１５の各々に接して設けられている。層間絶縁膜２１は、ゲート電極２７とソース電極１６とを電気的に絶縁している。表面保護電極１９は、層間絶縁膜２１を覆い、かつソース電極１６に接するように設けられている。表面保護電極１９は、ソース電極１６を介してソース領域１４と電気的に接続されている。
【００３７】
ドレイン電極２０は、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂに接して設けられている。このドレイン電極２０は、ＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）など、炭化珪素単結晶基板１１とオーミック接合可能な材料からなっている。これにより、ドレイン電極２０は炭化珪素単結晶基板１１と電気的に接続されている。裏面保護電極２３は、ドレイン電極２０の炭化珪素単結晶基板１１とは反対側の主面に接して形成されている。裏面保護電極２３は、たとえばＡｌを含む材料からなる。
【００３８】
図２を参照して、ソース電極１６の底面近傍の構造について詳細に説明する。図２に示すように、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａには、第１の主面１０ａと連接する側部８ａと、側部８ａと連接する底部８ｂとからなる凹部８が形成されている。好ましくは、ソース領域１４は、凹部８の底部８ｂの少なくとも一部を構成する。本実施の形態において、ソース領域１４は、凹部８の側部８ａおよび底部８ｂの各々を構成する。ソース電極１６は、凹部８の側部８ａおよび底部８ｂの各々においてソース領域１４と接し、かつ凹部８の底部８ｂにおいてコンタクト領域１８と接する。
【００３９】
ソース電極１６は、たとえば金属層１６ａと、バッファ層１６ｂとを含む。金属層１６ａは、凹部８の底部８ｂにおいてソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々と接する。金属層１６ａは、たとえばアルミニウムを含む材料からなり、好ましくはＴｉＡｌＳｉからなる。金属層１６ａは、ソース領域１４とオーミック接合している。好ましくは、金属層１６ａは、ソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々とオーミック接合している。金属層１６ａは、金属層１６ａおよびソース領域１４の境界部８ｂ２に接する合金部（図示せず）を含む。
【００４０】
バッファ層１６ｂは、凹部８の側部８ａおよび底部８ｂの各々においてソース領域１４と接している。バッファ層１６ｂは、開口部８０を形成する内壁面に沿うように、開口部８０の内部に配置されている。バッファ層１６ｂは、開口部８０の内壁面においてゲート酸化膜１５および層間絶縁膜２１の各々と接している。バッファ層１６ｂは、たとえばアルミニウムを含まない材料からなる。好ましくは、バッファ層１６ｂは、チタンおよび窒素を含んでいる。バッファ層１６ｂは、たとえばＴｉＮである。
【００４１】
金属層１６ａは、バッファ層１６ｂによって層間絶縁膜２１およびゲート酸化膜１５の各々から離間されている。金属層１６ａは、開口部８０の内側であって、かつバッファ層１６ｂの内側に配置されている。開口部８０の内壁面は、凹部８の側部８ａが延在する方向に沿って形成されている。バッファ層１６ｂの一部は、凹部８の内部に配置されており、凹部８の側部８ａおよび底部８ｂの各々においてソース領域１４と接している。金属層１６ａの一部は、凹部８の内部に配置されている。金属層１６ａは、凹部８の内部であって、かつバッファ層１６ｂの内側に配置されている。金属層１６ａは、凹部８の底部８ｂにおいてソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々と接している。表面保護電極１９は、開口部８０を形成する内壁面に囲まれた領域において、金属層１６ａと接している。凹部８の底部８ｂは、バッファ層１６ｂおよびソース領域１４の境界部８ｂ１と、金属層１６ａおよびソース領域１４の境界部８ｂ２と、金属層１６ａおよびコンタクト領域１８の境界部８ｂ３とを含む。
【００４２】
図３および図５を参照して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向に沿ったソース領域１４における第１の不純物の濃度分布について説明する。ソース領域１４が含む第１の不純物は、たとえばリンである。図２に示すように、図３における方向Ｘaは、ソース電極１６およびソース領域１４の境界部８ｂ２の法線方向に沿ってソース領域１４を縦断する方向である。Ｘa方向の位置０は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対応する位置である。また図２に示すように、図５における方向Ｘcは、断面視（炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに平行な方向に沿って見た視野）において、ソース領域１４の外周端部１４ａと第１の主面１０ａとの接点を第１の接点１４ｂとし、凹部８の側部８ａと炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａとの接点を第２の接点１６ｄとした場合、第１の接点１４ｂと第２の接点１６ｄとの中間点１４ｃを通り、かつ炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線と平行な直線の方向である。
【００４３】
Ｘa方向の位置０およびＸc方向の位置０は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対応する位置である。図３における破線は、金属層１６ａの内部おける第１の不純物の濃度を示している。Ｘa方向の位置０におけるソース電極１６の金属層１６ａの第１の不純物の濃度は、不純物濃度ａ１である。図３および図５に示すように、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから第２の主面１０ｂ側に向かうにつれてソース領域１４の第１の不純物の濃度は増加し、ソース領域１４の位置ｘ２において最大の不純物濃度ａ３となる。Ｘa方向およびＸc方向に沿った位置０から位置ｘ２までの距離は、たとえば０．０１μｍ以上１．０μｍ以下程度である。さらに第２の主面１０ｂ側に向かうとソース領域１４の第１の不純物の濃度は減少し、Ｘa方向およびＸc方向の位置ｘ４において、位置０における第１の不純物の濃度と同じ不純物濃度となる。位置ｘ１および位置ｘ３の各々におけるソース領域１４の第１の不純物の濃度ａ２は、位置ｘ２における第１の不純物の濃度ａ３の８０％である。たとえば不純物濃度ａ３は、１×１０19ｃｍ-3であり、不純物濃度ａ２は、０．８×１０19ｃｍ-3である。
【００４４】
ソース電極１６の金属層１６ａとソース領域１４との境界部８ｂ２は、Ｘa方向に沿った位置ｘ１および位置ｘ３の間に存在する。言い換えれば、ソース電極１６およびソース領域１４の境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度は、第１の接点１４ｂと第２の接点１６ｄとの中間点１４ｃを通り、かつ第１の主面１０ａの法線と平行な直線に沿ったソース領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。好ましくは、ソース電極１６およびソース領域１４の境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度は、第１の接点１４ｂと第２の接点１６ｄとの中間点１４ｃを通り、かつ第１の主面１０ａの法線と平行な直線に沿ったソース領域１４の第１の不純物の濃度の最大値と同じである。
【００４５】
図４を参照して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向に沿ったコンタクト領域１８における第２の不純物の濃度分布について説明する。コンタクト領域１８が含む第２の不純物は、たとえばアルミニウムである。図２に示すように、図４におけるＸbは、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線と平行な方向に沿ってコンタクト領域１８を縦断する方向である。Ｘb方向の位置０は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対応する位置である。ソース電極１６の金属層１６ａの位置０における第２の不純物の濃度は不純物濃度ｂ１である。炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから第２の主面１０ｂ側に向かうにつれてコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度は増加し、コンタクト領域１８の位置ｘ６において最大の不純物濃度ｂ３となる。Ｘb方向に沿った位置０から位置ｘ６までの距離は、たとえば０．０１μｍ以上３．０μｍ以下程度である。さらに第２の主面１０ｂ側に向かうとコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度は減少し、Ｘb方向の位置ｘ８において、位置０における第２の不純物の濃度と同じ濃度となる。位置ｘ５および位置ｘ７の各々におけるコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度ｂ２は、位置ｘ６における第２の不純物の濃度ｂ３の８０％である。たとえば不純物濃度ｂ３は、１×１０20ｃｍ-3であり、不純物濃度ｂ２は、０．８×１０20ｃｍ-3である。
【００４６】
ソース電極１６の金属層１６ａとコンタクト領域１８との境界部８ｂ３は、Ｘb方向に沿った位置ｘ５および位置ｘ７の間に存在する。言い換えれば、ソース電極１６とコンタクト領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向に沿ったコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。好ましくは、ソース電極１６とコンタクト領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向に沿ったコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度の最大値と同じである。
【００４７】
図６を参照して、コンタクト領域１８に対向する金属層１６ａの部分の厚みは、凹部８の深さよりも小さくてもよい。この場合、コンタクト領域１８に対向する金属層１６ａの部分は、凹部８の内部に配置される。凹部８の深さは、好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、たとえば７０ｎｍである。コンタクト領域１８に対向する金属層１６ａの部分の厚みは、たとえば１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、たとえば６０ｎｍである。表面保護電極１９の一部が、凹部８の内部に配置されていてもよい。図２に示すように、コンタクト領域１８に対向する金属層１６ａの領域の厚みは、凹部８の深さよりも大きくてもよい。
【００４８】
次に、本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の動作について説明する。図１を参照して、ゲート電極２７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１６とドレイン電極２０との間に電圧が印加されても、ボディ領域１３とドリフト領域１２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２７に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ボディ領域１３のゲート酸化膜１５と接触する付近であるチャネル領域ＣＨにおいて反転層が形成される。その結果、ソース領域１４とドリフト領域１２とが電気的に接続され、ソース電極１６とドレイン電極２０との間に電流が流れる。以上のようにして、ＭＯＳＦＥＴ１は動作する。
【００４９】
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の製造方法について説明する。
【００５０】
まず、炭化珪素基板準備工程（Ｓ１０：図７）が実施される。たとえば、昇華法により形成されたポリタイプ４Ｈを有する六方晶炭化珪素単結晶からなるインゴットをスライスすることにより、炭化珪素単結晶基板１１が準備される。次に、炭化珪素単結晶基板１１上に炭化珪素エピタキシャル層５が、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。具体的には、炭化珪素単結晶基板１１上に、水素（Ｈ2）を含むキャリアガスと、モノシラン（ＳｉＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）および窒素（Ｎ2）などを含む原料ガスとが供給され、炭化珪素単結晶基板１１がたとえば１５００℃以上１７００℃以下程度に加熱される。これにより、図８に示すように、炭化珪素エピタキシャル層５が炭化珪素単結晶基板１１上に形成される。以上により、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有する炭化珪素基板１０が準備される。炭化珪素基板１０は、第２の主面１０ｂを形成する炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１上に設けられ、第１の主面１０ａを形成する炭化珪素エピタキシャル層５とを含む（図８参照）。
【００５１】
次に、イオン注入工程（Ｓ２０：図７）が実施される。具体的には、図９を参照して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対してイオン注入が実施される。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に対して注入されることにより、炭化珪素エピタキシャル層５内に導電型がｐ型のボディ領域１３が形成される。ボディ領域１３は、アルミニウムを含む不純物領域である。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までボディ領域１３内に注入されることにより、導電型がｎ型のソース領域１４が形成される。ソース領域１４は、たとえばリンなどの第１の不純物を含む不純物領域である。次に、たとえばＡｌイオンが、ソース領域１４よりも深く、ボディ領域１３よりも浅い深さまで、ソース領域１４内に対してさらに注入される。これにより、ソース領域１４に囲まれ、第１の主面１０ａからボディ領域１３まで、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向に沿って延在し、かつ導電型がｐ型のコンタクト領域１８が形成される。コンタクト領域１８は、たとえばアルミニウムなどの第２の不純物を含む不純物領域である。炭化珪素エピタキシャル層５において、ボディ領域１３、ソース領域１４およびコンタクト領域１８のいずれも形成されない領域は、ドリフト領域１２となる。
【００５２】
なお、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにスルー膜（図示せず）を形成し、当該スルー膜を通して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対してイオン注入が実施されてもよい。スルー膜として、たとえば二酸化珪素、ポリシリコンまたはチタンなどを使用することができる。スルー膜を使用することにより、ソース領域１４に含まれる第１の不純物の不純物濃度が最大値を示す位置を炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの近くに形成することができる。同様に、スルー膜を使用することにより、コンタクト領域１８に含まれる第２の不純物の不純物濃度が最大値を示す位置を炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの近くに形成することができる。
【００５３】
次に、活性化アニール工程（Ｓ３０：図７）が実施される。具体的には、ボディ領域１３、ソース領域１４およびコンタクト領域１８を含む炭化珪素基板１０が、たとえば１６００℃以上２０００℃以下の温度で３０分間程度加熱される。以上により、炭化珪素基板１０に、ｐ型を有するボディ領域１３と、ｎ型を有するソース領域１４と、ｐ型を有するコンタクト領域１８とが形成される。
【００５４】
次に、熱酸化膜形成工程（Ｓ３５：図７）が実施される。図１０を参照して、炭化珪素基板１０にソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々が形成された後、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａが熱酸化されることにより、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａ上に酸化膜２４が形成される。酸化膜２４は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを構成する領域の一部を取り込むように形成される。言い換えれば、酸化膜２４が形成された後における炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａと酸化膜２４との界面の位置は、酸化膜２４が形成される前における炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの位置よりも、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂ側に位置する。酸化膜２４は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおいて、ドリフト領域１２、ボディ領域１３、ソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々に接して形成される。次に、酸化膜２４は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから除去される（図１１参照）。熱酸化膜形成工程（Ｓ３５：図７）は、後述する金属層形成工程（Ｓ９５：図７）前に実施される。
【００５５】
次に、ゲート酸化膜形成工程（Ｓ４０：図７）が実施される。具体的には、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａ側に、ボディ領域１３と、ソース領域１４と、コンタクト領域１８とが形成された炭化珪素基板１０が加熱炉内に配置される。加熱炉に対して窒素ガスが導入された状態を維持しながら、炭化珪素基板１０の温度を室温から１３００℃まで加熱する。炭化珪素基板１０が１３００℃なった後、酸素ガスが加熱炉に対して導入される。酸素雰囲気中において、炭化珪素基板１０を１３００℃程度の温度で１時間程度保持することにより、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａ上にゲート酸化膜１５が形成される。以上のようにして、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを覆うように二酸化珪素からなるゲート酸化膜１５が形成される（図１２参照）。ゲート酸化膜１５は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおいてドリフト領域１２と、ボディ領域１３と、ソース領域１４と、コンタクト領域１８とに接して形成される。ゲート酸化膜１５の厚みは、たとえば５０ｎｍ程度である。
【００５６】
次に、ＮＯアニール工程（Ｓ５０：図７）が実施される。具体的には、窒素を含む雰囲気中においてゲート酸化膜１５が形成された炭化珪素基板１０が１３００℃程度の温度で熱処理される。窒素を含む気体とは、たとえば一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化二窒素、二酸化窒素およびアンモニアなどである。好ましくは、ゲート酸化膜１５が形成された炭化珪素基板１０が、窒素を含む気体中において、１３００℃以上１５００℃以下の温度で、たとえば１時間程度保持される。
【００５７】
次に、Ａｒアニール工程（Ｓ６０：図７）が実施される。具体的には、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中において、ゲート酸化膜１５が形成された炭化珪素基板１０が１３００℃程度の温度で熱処理される。好ましくは、アルゴンガス中において、ゲート酸化膜１５が形成された炭化珪素基板１０が、たとえば１１００℃以上１５００℃以下の温度で１時間程度保持される。より好ましくは、ゲート酸化膜１５が形成された炭化珪素基板１０は、１３００℃以上１５００℃以下の温度に保持される。
【００５８】
次に、ゲート電極形成工程（Ｓ７０：図７）が実施される。たとえばＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ゲート酸化膜１５上に、不純物を含むポリシリコンからなるゲート電極２７が形成される。ゲート電極２７は、ゲート酸化膜１５を介してドリフト領域１２、ソース領域１４およびボディ領域１３に対向して形成される（図１３参照）。
【００５９】
次に、層間絶縁膜形成工程（Ｓ８０：図７）が実施される。たとえば二酸化珪素からなる層間絶縁膜２１が、ゲート酸化膜１５およびゲート電極２７を覆うように形成される。具体的には、たとえば６５０℃以上７５０℃以下程度の温度下において６時間程度、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）ガスが炭化珪素基板１０上に供給される。これにより、ゲート酸化膜１５および層間絶縁膜２１によりゲート電極２７を覆うように層間絶縁膜２１が形成される。ゲート酸化膜１５および層間絶縁膜２１は絶縁膜２２を構成する（図１４参照）。
【００６０】
次に、エッチング工程（Ｓ８５：図７）が実施される。図１５を参照して、ソース電極１６が形成される予定の領域において層間絶縁膜２１およびゲート酸化膜１５からなる絶縁膜２２の一部が除去される。これにより、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対向するとともにソース領域１４の少なくとも一部を露出させる開口部８０を有する絶縁膜２２が形成される。好ましくは、ソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々が、層間絶縁膜２１およびゲート酸化膜１５からなる絶縁膜２２から露出するように、絶縁膜２２がエッチングされる。二酸化珪素からなる絶縁膜２２をエッチングする場合、エッチングガスとしてＣＦ4を使用することができる。
【００６１】
次に、ソース電極形成工程が実施される、ソース電極形成工程は、たとえば、バッファ層形成工程（Ｓ９０：図７）と、金属層形成工程（Ｓ９５：図７）と、合金化アニール工程（Ｓ１００：図７）とを含む。
【００６２】
次に、バッファ層形成工程（Ｓ９０：図７）が実施される。図１６を参照して、バッファ層１６ｂは、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおいてソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々に接して形成される。またバッファ層１６ｂは、開口部８０内において絶縁膜２２およびソース領域１４の各々に接し、かつ開口部８０外において絶縁膜２２の表面に接する。バッファ層１６ｂは、アルミニウムを含まない材料からなり、好ましくは、チタンおよび窒素を含む材料からなる。バッファ層１６ｂは、たとえばＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＷまたはＷＮなどであってもよい。次に、図１７を参照して、たとえば、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａ側から矢印の方向にドライエッチングが実施される。たとえば、ＴｉＮからなるバッファ層１６ｂをエッチングする場合、エッチングガスとしてＣｌ2またはＢＣｌ3などを使用することができる。これにより、開口部８０内において絶縁膜２２と接するバッファ層１６ｂを残しつつ、ソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々上と、絶縁膜２２の表面からバッファ層１６ｂが除去される。
【００６３】
次に、金属層形成工程（Ｓ９５：図７）が実施される。図１８を参照して、金属層１６ａは、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおいてソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々と接して形成される。また金属層１６ａは、開口部８０内において、ソース領域１４およびバッファ層１６ｂの各々に接する。金属層１６ａは、アルミニウムを含む材料からなる。好ましくは、金属層１６ａは、Ｔｉと、Ａｌと、Ｓｉとを含む。金属層１６ａは、たとえばスパッタリング法により形成される。次に、絶縁膜２２の表面から金属層１６ａの大部分が除去される。金属層１６ａの除去は、たとえば図示しないマスクを用いて炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａ側から矢印の方向にドライエッチングを行うことにより実施される（図１９参照）。
【００６４】
図２０を参照して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向に沿ったソース領域１４における第１の不純物の濃度分布について説明する。ソース領域１４が含む第１の不純物は、たとえばリンである。図２０に示すように、図１９における方向Ｘaは、金属層１６ａおよびソース領域１４の境界部１０ｃの法線方向に沿ってソース領域１４を縦断する方向である。Ｘa方向の位置０は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対応する位置である。
【００６５】
炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおけるソース領域１４が含む第１の不純物の濃度は、不純物濃度ａ１である。図２０に示すように、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから第２の主面１０ｂ側に向かうにつれてソース領域１４の第１の不純物の濃度は増加し、ソース領域１４の位置ｘ２において最大の不純物濃度ａ３となる。さらに第２の主面１０ｂ側に向かうとソース領域１４の第１の不純物の濃度は減少し、Ｘa方向の位置ｘ４において、位置０における第１の不純物の濃度と同じ不純物濃度となる。位置ｘ１および位置ｘ３の各々におけるソース領域１４の第１の不純物の濃度ａ２は、位置ｘ２における第１の不純物の濃度ａ３の８０％である。図２０に示すように、金属層形成工程（Ｓ９５：図７）において、金属層１６ａとソース領域１４との境界部１０ｃにおける第１の不純物の濃度が、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向におけるソース領域１４の第１の不純物の濃度の最大値よりも小さくなるように金属層１６ａが形成される。
【００６６】
図２１を参照して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向に沿ったコンタクト領域１８における第２の不純物の濃度分布について説明する。コンタクト領域１８が含む第２の不純物は、たとえばアルミニウムである。図１９に示すように、図２１におけるＸbは、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線と平行な方向に沿ってコンタクト領域１８を縦断する方向である。Ｘb方向の位置０は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対応する位置である。
【００６７】
炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおける第２の不純物の濃度は不純物濃度ｂ１である。炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから第２の主面１０ｂ側に向かうにつれてコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度は増加し、コンタクト領域１８の位置ｘ６において最大の不純物濃度ｂ３となる。さらに第２の主面１０ｂ側に向かうとコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度は減少し、Ｘb方向の位置ｘ８において、位置０における第２の不純物の濃度と同じ濃度となる。位置ｘ５および位置ｘ７の各々におけるコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度ｂ２は、位置ｘ６における第２の不純物の濃度ｂ３の８０％である。図２１に示すように、金属層１６ａとコンタクト領域１８との境界部１０ｄにおける第２の不純物の濃度が、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向におけるコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度の最大値よりも小さくなるように金属層１６ａが形成される。
【００６８】
次に、合金化アニール工程（Ｓ１００：図７）が実施される。具体的には、炭化珪素基板１０、金属層１６ａおよびバッファ層１６ｂの各々をアニールすることによりソース電極１６が形成される。より具体的には、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａにおいてソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々に接して設けられた金属層１６ａと、開口部８０を構成する側壁面に接して形成されたバッファ層１６ｂとが形成された炭化珪素基板１０に対して、たとえば９００℃以上１１００℃以下の熱処理が５分程度実施される。これにより、金属層１６ａの少なくとも一部が、炭化珪素基板が含む珪素と反応してシリサイド化して合金化層を形成する。これにより、ソース領域１４とオーミック接合する合金化層を含むソース電極１６が形成される。好ましくは、ソース電極１６は、ソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々とオーミック接合する合金化層を含む。ソース電極１６の中で、少なくともソース領域１４と接する部分は合金化層である。
【００６９】
ソース電極１６の少なくとも一部を構成する合金化層は、炭化珪素基板１０の一部と反応して炭化珪素を取り込むように形成されるため、合金化層の底部（つまり、ソース電極１６とソース領域１４との境界部８ｂ２は、金属層１６ａと炭化珪素基板１０との境界部１０ｃよりも炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂ側に形成される。つまり、図２２に示すように、ソース電極１６は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに形成された凹部８の側部８ａおよび底部８ｂの各々に接するように形成される。凹部８の底部８ｂは、ソース電極１６とソース領域１４との境界部８ｂ２を含む。
【００７０】
合金化アニール工程後における、ソース電極１６とソース領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が、合金化アニール工程前における、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの法線方向におけるソース領域１４が含む第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるようにソース電極１６が形成される。同様に、合金化アニール工程後における、ソース電極１６とコンタクト領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度が、合金化アニール前における、第１の主面１０ａの法線方向におけるコンタクト領域１８が含む第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるようにソース電極１６が形成される。
【００７１】
言い換えれば、合金化アニール工程後における、ソース電極１６の金属層１６ａとソース領域１４との境界部８ｂ２は、Ｘa方向に沿った位置ｘ１および位置ｘ３の間に存在する（図２０参照）。好ましくは、合金化アニール工程後における、ソース電極１６の金属層１６ａとコンタクト領域１８との境界部８ｂ３は、Ｘb方向に沿った位置ｘ５および位置ｘ７の間に存在する（図２１参照）。好ましくは、合金化アニール工程後における、ソース電極１６の金属層１６ａとソース領域１４との境界部８ｂ２は、Ｘa方向に沿った位置ｘ２に位置する。好ましくは、合金化アニール工程後における、ソース電極１６の金属層１６ａとコンタクト領域１８との境界部８ｂ３は、Ｘb方向に沿った位置ｘ６に位置する。
【００７２】
次に、ソース電極１６に接し、かつ層間絶縁膜２１を覆うように表面保護電極１９が形成される。表面保護電極１９は、好ましくはＡｌを含む材料からなり、たとえばＡｌＳｉＣｕである。表面保護電極１９形成後、ランプアニール工程が実施されてもよい。ランプアニール工程では、たとえば７００℃以上８００℃以下の温度下で、たとえば３０秒間程度、表面保護電極１９が設けられた炭化珪素基板１０が加熱される。
【００７３】
次に、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂと接して、たとえばＮｉＳｉからなるドレイン電極２０が形成される。ドレイン電極２０は、たとえばＴｉＡｌＳｉなどであっても構わない。ドレイン電極２０の形成は、好ましくはスパッタリング法により実施されるが、蒸着により実施されても構わない。当該ドレイン電極２０が形成された後、当該ドレイン電極２０がたとえばレーザーアニールにより加熱される。これにより、当該ドレイン電極２０の少なくとも一部がシリサイド化し、炭化珪素単結晶基板１１とオーミック接合するドレイン電極２０が形成される。次に、ドレイン電極２０に接して裏面保護電極２３が形成される。裏面保護電極２３は、たとえばＡｌを含む材料からなる。以上のように、図１に示すＭＯＳＦＥＴ１が製造される。
【００７４】
なお、上記エッチング工程（Ｓ８５：図７）において好ましくは、炭化珪素基板１０にソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々を形成した後であって、金属層１６ａを形成する前に、炭化珪素基板１０のソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々に対してエッチングを行うことにより、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに凹部８（図２３参照）が形成されてもよい。当該エッチングに用いられるエッチングガスは、たとえばＳＦ6ガス、ＡｒガスまたはＣｌ2ガスである。当該エッチングガスとして、ＳＦ6およびＡｒの混合ガスが用いられてもよい。また当該エッチングは、上記ガスを用いて、マスクが形成された炭化珪素基板１０を、たとえば１１００℃以上１３００℃以上で２時間程度加熱することにより実施される。凹部８は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａと連接する側部８ａと、側部８ａと連接する底部８ｂとにより形成される。凹部８の側部８ａは、ソース領域１４により構成され、凹部８の底部８ｂは、ソース領域１４およびコンタクト領域１８により構成される。
【００７５】
炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに凹部８が形成される場合、バッファ層形成工程（Ｓ９０：図７）において、バッファ層１６ｂは、凹部８の側部８ａおよび底部８ｂの各々に接するように形成される。また金属層形成工程（Ｓ９５：図７）において、金属層１６ａは、凹部８の底部８ｂにおいてソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々と接するように形成される。
【００７６】
上記実施の形態において、第１導電型はｎ型であり、かつ第２導電型はｐ型であるとして説明したが、第１導電型をｐ型とし、かつ第２導電型をｎ型としてもよい。上記においては、炭化珪素半導体装置の一例として、プレーナ型のＭＯＳＦＥＴについて説明したが、炭化珪素半導体装置は、たとえばトレンチ型のＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであっても構わない。
【００７７】
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およびその製造方法の作用効果について説明する。
【００７８】
実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、ソース電極１６とソース領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が、法線方向におけるソース領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるようにソース電極１６が形成される。これにより、ソース電極１６とソース領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含むソース領域１４と、ソース電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００７９】
また実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、ソース領域１４を形成する工程後であって、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０のソース領域１４に対してエッチングを行うことにより凹部８を形成する工程をさらに備えていてもよい。金属層１６ａを形成する工程では、凹部８の底部８ｂにおいてソース領域１４と接するように金属層１６ａが形成される。これにより、ソース領域１４と、金属層１６ａとの接触面積が大きくなるので、炭化珪素基板１０が含むソース領域１４と、ソース電極１６との接触抵抗をより効果的に低減することができる。またソース領域１４に対してエッチングを行うことにより、ソース領域１４の表面に第１の不純物の濃度が高い領域を効果的に露出させることができる。
【００８０】
さらに実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、ソース領域１４を形成する工程後であって、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを熱酸化する工程と、第１の主面１０ａを熱酸化する工程により形成された酸化膜２４を除去する工程とをさらに備えてもよい。これにより、ソース領域１４における第１の不純物の濃度が最大値を示す位置が、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから遠く離れた位置にある場合において、第１の不純物の濃度が最大値を示す位置を炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの近くに位置させることができる。
【００８１】
さらに実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対して第２の不純物をイオン注入することにより、第２導電型を有し、かつソース領域１４と接するコンタクト領域１８を形成する工程をさらに備えてもよい。金属層１６ａを形成する工程において、ソース領域１４およびコンタクト領域１８の各々と接するように金属層１６ａが形成される。ソース電極１６を形成する工程後において、ソース電極１６とコンタクト領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度が、法線方向におけるコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上となるようにソース電極１６が形成される。これにより、ソース電極１６とコンタクト領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含むコンタクト領域１８と、ソース電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００８２】
さらに実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、ソース領域１４を形成する工程後であって、金属層１６ａを形成する工程前に、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対向するとともにソース領域１４の少なくとも一部を露出させる開口部８０を有する絶縁膜２２を形成する工程と、開口部８０内において絶縁膜２２およびソース領域１４の各々に接し、かつアルミニウムを含まないバッファ層１６ｂを形成する工程と、開口部８０内において絶縁膜２２と接するバッファ層１６ｂを残しつつ第１の不純物領域１４上からバッファ層１６ｂを除去する工程とをさらに備えてもよい。金属層１６ａを形成する工程では、開口部８０内においてソース領域１４およびバッファ層１６ｂの各々に接し、かつアルミニウムを含む金属層１６ａが形成される。ソース電極１６を形成する工程では、炭化珪素基板１０、金属層１６ａおよびバッファ層１６ｂをアニールすることによりソース電極１６が形成される。バッファ層１６ｂが絶縁膜２２と接しているので、金属層１６ａが含むアルミニウムが絶縁膜２２に拡散することを抑制することができる。これにより、ゲート電極２７およびソース電極１６の間の絶縁性が低下することを抑制することができる。
【００８３】
さらに実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、バッファ層１６ｂは、チタンおよび窒素を含んでもよい。これにより、ソース電極１６と絶縁膜２２との密着性を向上させることができる。
【００８４】
実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、断面視において、ソース領域１４の外周端部１４ａと第１の主面１０ａとの接点を第１の接点１４ｂとし、凹部８の側部８ａと第１の主面１０ａとの接点を第２の接点１６ｄとした場合、ソース電極１６およびソース領域１４の境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度は、第１の接点１４ｂと第２の接点１６ｄとの中間点１４ｃを通り、かつ第１の主面１０ａの法線と平行な直線に沿ったソース領域１４の第１の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。これにより、ソース電極１６とソース領域１４との境界部８ｂ２における第１の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含むソース領域１４と、ソース電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００８５】
また実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、炭化珪素基板１０は、ソース領域１４およびソース電極１６の各々に接し、第２導電型を有し、かつ第２の不純物を有するコンタクト領域１８を含んでもよい。ソース電極１６とコンタクト領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度は、第１の主面の法線方向に沿ったコンタクト領域１８の第２の不純物の濃度の最大値の８０％以上である。これにより、ソース電極１６とコンタクト領域１８との境界部８ｂ３における第２の不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素基板１０が含むコンタクト領域１８と、ソース電極１６との接触抵抗を効果的に低減することができる。
【００８６】
さらに実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、ＭＯＳＦＥＴ１は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに対向する位置に設けられた層間絶縁膜２１をさらに備えてもよい。電極１６は、層間絶縁膜２１と接するバッファ層１６ｂと、バッファ層１６ｂによって層間絶縁膜２１から離間され、かつ凹部８の底部８ｂにおいて第１の不純物領域１４と接する金属層１６ａとを含む。バッファ層１６ｂはアルミニウムを含まない材料からなり、かつ金属層１６ａはアルミニウムを含む材料からなる。バッファ層１６ｂが絶縁膜２２と接しているので、金属層１６ａが含むアルミニウムが絶縁膜２２に拡散することを抑制することができる。これにより、ゲート電極２７およびソース電極１６の間の絶縁性が低下することを抑制することができる。
【００８７】
さらに実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１によれば、バッファ層１６ｂは、チタンおよび窒素を含んでもよい。これにより、ソース電極１６と絶縁膜２２との密着性を向上させることができる。
【００８８】
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て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。
【符号の説明】
【００８９】
１  炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）
５  炭化珪素エピタキシャル層
８  凹部
８ａ  側部
８ｂ  底部
８ｂ２，８ｂ１，８ｂ３，１０ｃ，１０ｄ  境界部
１０  炭化珪素基板
１０ａ  第１の主面
１０ｂ  第２の主面
１１  炭化珪素単結晶基板
１２  ドリフト領域
１３  ボディ領域
１４  第１の不純物領域（ソース領域）
１４ａ  外周端部
１４ｂ  第１の接点
１４ｃ  中間点
１５  ゲート酸化膜
１６  電極（ソース電極）
１６ａ  金属層
１６ｂ  バッファ層
１６ｄ  第２の接点
１８  第２の不純物領域（コンタクト領域）
１９  表面保護電極
２０  ドレイン電極
２１  層間絶縁膜
２２  絶縁膜
２３  裏面保護電極
２４  酸化膜
２７  ゲート電極
８０  開口部
ＣＨ  チャネル領域
ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３  不純物濃度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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