(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板の表面上に電極部材膜を形成する工程と、
前記電極部材膜と前記炭化珪素基板を反応させて、前記炭化珪素基板の珪素により珪化した電極部材膜と、当該珪化した電極部材膜の表面に第１の炭素系副産物と、を生成するとともに、前記電極部材が前記炭化珪素基板に拡散した拡散層と、当該拡散層と前記珪化した電極部材膜との界面付近に凝集した第２の炭素系副産物と、を生成する工程と、
前記珪素と比較して炭素と結合し易い雰囲気中で、前記第１の炭素系副産物と前記珪化した電極部材膜とを除去する第１のエッチング工程と、
前記珪素と比較して炭素と結合し易い雰囲気中で、前記第２の炭素系副産物を除去する第２のエッチング工程とを含み、
前記第１のエッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量の時間経過は第１のピークを形成し、前記第２のエッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量の時間経過は第２のピークを形成し、前記第２のエッチング工程は、前記第２のエッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量が第２のピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に終了することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記所定値は、単位時間当たりの炭素放出量の前記第１のピークと前記第２のピークとの間の最低値よりも低い値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電極部材は、前記珪素と比較して前記炭素と結合し難い材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記炭素放出量は、炭化ガスの濃度から算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記珪素と比較して前記炭素と結合し易い前記雰囲気は、酸素雰囲気であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記珪素と比較して前記炭素と結合し易い前記雰囲気は、水素雰囲気であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記珪素と比較して前記炭素と結合し易い前記雰囲気は、ハロゲン系雰囲気であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記珪素と比較して前記炭素と結合し易い前記雰囲気は、酸素雰囲気であり、
前記炭素放出量は、酸素プラズマ中の炭酸ガスの発光強度から算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記拡散層の表面の前記第２の炭素系副産物をエッチングしてできたくぼみに充填するように、前記拡散層の前記表面に金属膜電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超低損失パワーデバイス、高周波電力増幅素子、高温動作スイッチング素子などに使用される半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣのオーミック電極を形成する方法としてＳｉＣ基板に遷移金属、例えばＮｉを成膜し、不活性雰囲気中で短時間高温にして金属シリサイト層（ＮｉｘＳｉ）を形成する方法が知られている。この方法によると、ＮｉがＳｉＣに拡散してＳｉと結合（ＮｉｘＳｉ）することによりＣ（炭素）が余剰となり、形成したオーミック電極（金属シリサイト層）の内部および表面に析出することが知られている。オーミック電極の表面に析出した炭素は、オーミック電極と金属膜電極の接合性を阻害し、金属膜電極の剥離を起こす原因となる。また、オーミック電極の内部には球状の炭素が残存するが、この炭素が時間経過と共に表面へ移動析出して再度剥離を起こす原因となる。また、オーミック電極（金属シリサイト層）における球状炭素の存在する層（以下、炭素層とする。）がオーミック電極内部のクラックの原因となる。そこで、例えば、硫過水等を用いた化学エッチング（ウェットエッチング）で、炭素層を除去する方法（特許文献１参照）が提案されている。また、物理エッチング（ドライエッチング）で炭素層を除去する方法（特許文献２参照）も提案されている。
【特許文献１】特開２００６−０２４８８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２６１６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１および２に示した従来の方法では、化学または物理エッチングで炭素層を除去する場合、エッチングの終了を時間管理しなければならいといった問題があった。これは、化学または物理エッチングで炭素層を除去する場合、炭素層の球状炭素の周囲の金属シリサイト層はエッチングで選択的に一部を残すことができないうえ、炭素形状が球状であるため、炭素の間が金属シリサイトでつながっているため炭素を取り除こうとすると炭素の下部の金属シリサイトも容易にエッチングされてしまう。このため、エッチングの終了を時間で管理する場合エッチング時間が足りないと炭素層が残存し、一方、炭素層を確実に除去するために、エッチングを十分な時間行う（オーバーエッチングという）と、炭素層とＳｉＣ基板の間の薄い金属シリサイト層も除去し、オーミック接合ができなくなるといった問題があった。
【０００４】
また、特許文献２に示した従来の方法では選択的エッチングにより残った炭素層を次工程の熱酸化工程で除去しているが、当該熱酸化工程を行うと、炭素層だけでなく、炭素層とＳｉＣ基板の間の薄い金属シリサイト層も酸化物になるため、オーミック接合ができなくなるといった問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、エッチングの終了を時間管理する場合よりも精度良くエッチングできる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的達成のため、本発明に係る半導体装置の製造方法では、炭化珪素基板の表面上に電極部材膜を形成する工程と、前記電極部材膜と前記炭化珪素基板を反応させて、前記炭化珪素基板の珪素により珪化した電極部材膜と、当該珪化した電極部材膜の表面に第１の炭素系副産物と、を生成するとともに、前記電極部材が前記炭化珪素基板に拡散した拡散層と、当該拡散層と前記珪化した電極部材膜との界面付近に凝集した第２の炭素系副産物と、を生成する工程と、前記珪素と比較して炭素と結合し易い雰囲気中で、前記第１の炭素系副産物と前記珪化した電極部材膜とを除去する第１のエッチング工程と、前記珪素と比較して炭素と結合し易い雰囲気中で、前記第２の炭素系副産物を除去する第２のエッチング工程とを含み、前記第１のエッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量の時間経過は第１のピークを形成し、前記第２のエッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量の時間経過は第２のピークを形成し、前記第２のエッチング工程は、前記第２のエッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量が第２のピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に終了することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、エッチングの終了を時間管理する場合よりも精度良くエッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について、図１乃至図１１を参照して説明する。第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置は、超低損失パワーデバイス、高周波電力増幅素子、高温動作スイッチング素子などに使用されている。
【０００９】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置について図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図である。図１に示す製造装置は、炭化珪素基板であるＳｉＣ基板１が設置された支持台１１と、支持台１１に取り付けられた加熱用のヒータ１４とを有し、雰囲気制御が可能な炉１０と、炉１０にＯ２を導入する配管バルブ１２と、炉１０に不活性なガス、例えばＮ２を導入する配管バルブ１３とを備えている。更に、ヒータ１４と接続され、ヒータ１４を温度制御する温度制御装置１５と、炉１０の排気口に配置された炭酸ガス検出装置１６および排気メインバルブ１７と、炭酸ガス検出装置１６による検出結果を処理するためのコンピュータ１８とを備えている。なお、排気メインバルブ１７は不図示の排気装置に接続されている。
【００１０】
次に、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２および図３は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面工程図である。第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、図２（ａ）〜図３（ｄ）に示した工程から構成される。なお、図２（ｂ−１）と図２（ｂ−２）は同一の工程である。また、図３（ｃ−１）〜図３（ｃ−３）は図１に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図である。当該製造方法は、図２（ａ）に示す工程のように、ＳｉＣ基板１の表面の酸化膜を除去した後、真空蒸着装置のチャンバ内でＳｉＣ基板１の表面上に、電極部材膜である導電膜２を電子ビーム（以下、ＥＢとする。）蒸着する。導電膜２の材料として、電極部材であるＮｉを用いている。なお、導電膜２のパターニングが必要な場合には、所望のマスクによるフォト工程とエッチングを行う。具体的には、導電膜２を形成する前にレジストをパターニングし、ＥＢ蒸着の後にリフトオフ法を用いることにより、選択的な導電膜２を形成することができる。
【００１１】
次に、図２（ｂ−１）と図２（ｂ−２）に示す工程のように、導電膜２を形成したＳｉＣ基板１を７００℃〜１１００℃の非酸化性雰囲気で短時間（数分程度）の熱処理を施す。これにより、ＳｉＣ基板１と導電膜２が相互に反応して、導電膜２のＮｉがＳｉＣ基板１に拡散する。Ｎｉの拡散により、Ｓｉ（珪素）とＣ（炭素）の結合は切断され、Ｓｉの一部は、ＳｉＣ基板１に拡散したＮｉと結合して、拡散層であるＮｉＳｉ層３を生成する。これにより、ＮｉＳｉ層３はＳｉＣ基板１と導電膜２の界面領域に形成される。ＮｉＳｉ層３により、優れたオーミック接合を実現できる。一方、ＳｉＣ基板１のＳｉの一部は、導電膜２に拡散し、高温中においてＮｉＳｉより安定なＮｉ２Ｓｉとなり、珪化した電極部材膜であるＮｉ２Ｓｉ層４を生成する。また、Ｓｉとの結合が切れたＣは余剰となり、Ｃの一部はＮｉＳｉ層３およびＮｉ２Ｓｉ層４中を拡散して、Ｎｉ２Ｓｉ層４の表面に到達し、炭素系副産物であるグラファイト５を生成する。また、Ｃの一部は、ＮｉＳｉ層３とＮｉ２Ｓｉ層４の界面付近で凝集して、炭素系副産物である球状炭素６を生成する。
【００１２】
次に、図３（ｃ−１）〜図３（ｃ−３）に示す工程のように、Ｎｉ２Ｓｉ層４、グラファイト５および球状炭素６をドライエッチングする。本エッチング工程は、図１に示した製造装置を用いて実施する。具体的には、ＳｉＣ基板１を設置した炉１０内が数％〜数十％の濃度の酸素雰囲気になるように、配管バルブ１２と配管バルブ１３で導入ガスを調整し、炉１０内の雰囲気ガスが時間当たり一定量導入されるように排気メインバルブ１７を調整する。続いて、ヒータ１４の加熱により、炉１０内の温度を３００℃〜６００℃に昇温して数十分の熱処理を施す。炉１０内の雰囲気ガスは、時間当たり一定量が炭酸ガス検出装置１６に導入されてから排気される。炭酸ガス検出装置１６は、排気ガスに含まれる炭酸ガスの濃度を検出する。ここで、第１の実施形態では、炭酸ガス検出装置１６として炭酸ガスセンサを用いている。コンピュータ１８は、炭酸ガス検出装置１６の炭酸ガス濃度の時間変化に基づいて、本エッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量を算出する。更に、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。
【００１３】
これにより、図３（ｃ−１）に示したように、ＳｉＣ基板１を設置した炉１０内の酸素によって、グラファイト５が酸化され、炭酸ガスＣＯまたはＣＯ２となる。続いて、図３（ｃ−２）に示したように、Ｎｉ２Ｓｉ層４が酸化される。Ｎｉ２Ｓｉ層４の表面側から酸化されて、Ｎｉ酸化物ＮｉＯとシリコン酸化物ＳｉＯ２が形成される。続いて、図３（ｃ−３）に示したように、本エッチング工程がＮｉＳｉ層３の表面まで進むと、ＮｉＳｉ層３の表面にめり込んだ球状炭素６は、ＮｉＳｉ層３を構成するＮｉＳｉと比較して還元作用が強いため、ＮｉＳｉ層３に先行して炭酸ガスＣＯまたはＣＯ２となり気化する。すなわち、球状炭素６の周辺のＮｉＳｉ層３は、球状炭素６の気化が終わるまで酸化され難くなる。その後、上述のように、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。これにより、ＮｉＳｉ層３を残しつつ、球状炭素６を精度良くエッチングしている。これから、ＮｉＳｉ層３の表面の球状炭素６をエッチングしてできたくぼみ８が、ＮｉＳｉ層３に多数形成される。ここで、くぼみ８は、直径１０〜３０ｎｍ程度の略球状である。
【００１４】
本エッチング工程の終了後、ＮｉＳｉ層３上に残っているＮｉ酸化物ＮｉＯとシリコン酸化物ＳｉＯ２を、ドライエッチングやウェットエッチングにより除去する。例えば、ウェットエッチングでは、ＢＨＦ溶液と超音波またはスクラブによりＮｉ酸化物ＮｉＯとシリコン酸化物ＳｉＯ２を完全に取り除くことができる。次に、図３（ｄ）に示す工程のように、くぼみ８に充填するように、ＮｉＳｉ層３の表面に実装用の厚い金属膜電極７を、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成する。これより、第１の実施形態に係る半導体装置が完成する。
【００１５】
次に、本エッチング工程の終了条件（単位時間当たりの炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合）について説明する。図４は深さ方向（スパッタ時間）における炭素の存在割合の分布を示す図、図５は排出ガスの炭酸ガス濃度の分布を示す図である。図４では、図２（ｂ−２）に示した状態の深さ方向の炭素の存在割合を示している。図４において、スパッタ深さ１５〜４０ｍｉｎの部分は、ＳｉＣ基板１にＮｉが拡散した部分（ＮｉＳｉ層３）であり、スパッタ深さ１５ｍｉｎ未満の部分は蒸着した導電膜２に、Ｎｉの拡散で分解したＳｉＣ基板１に含まれるＳｉが拡散してきて、Ｎｉ２Ｓｉが生成された部分（Ｎｉ２Ｓｉ層４）である。また、スパッタ深さ０ｍｉｎ付近はグラファイト５である。そのため、スパッタ深さ０ｍｉｎ付近のＣの存在割合が高くなっている。ここで、グラファイト５からＮｉ２Ｓｉ層４に進むにつれて、Ｃの存在割合は減少するものの、Ｎｉ２Ｓｉ層４内では、ＮｉＳｉ層３に進むにつれて、Ｃの存在割合が増加し続け、Ｎｉ２Ｓｉ層４とＮｉＳｉ層３の界面付近であるスパッタ深さ１５ｍｉｎ付近で、Ｃの存在割合が再度ピークを向かえる。これは、Ｎｉ２Ｓｉ層４とＮｉＳｉ層３との界面付近に存在する球状炭素６による。これから、図５に示すように、図３（ｃ−１）〜図３（ｃ−３）に示したエッチング工程でグラファイト５、Ｎｉ２Ｓｉ層４および球状炭素６をエッチングした場合の排気ガスに含まれる炭酸ガスの濃度は、グラファイト５のエッチング中にピークを向かえ、更に、球状炭素６のエッチング中に再びピークを向かえる。よって、単位時間当たりの炭素放出量も、図５と同様の分布となることから、２つのピーク時の間、すなわち、Ｎｉ２Ｓｉ層４のエッチング中の単位時間当たりの炭素放出量の最低値よりも低い値を、所定値に設定することにより、単位時間当たりの炭素放出量がピークを超えた後、所定値以下になった場合、球状炭素６のエッチングが終了したと判断できる。これから、単位時間当たりの炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に、本エッチング工程を終了している。
【００１６】
以上より、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、ＳｉＣ基板１と導電膜２を反応させて生成したＮｉ２Ｓｉ層４、グラファイト５および球状炭素６を酸素雰囲気中でエッチングするエッチング工程を、本エッチング工程中に放出される炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に、終了させているので、従来のエッチングの終了を時間管理する場合よりも、Ｎｉ２Ｓｉ層４、グラファイト５および球状炭素６を精度良くエッチングすることができる。更に、ＮｉＳｉ層３を残しつつ、ＮｉＳｉ層３の表面にめり込んだ球状炭素６を精度良くエッチングすることができる。これから、エッチング工程で残った球状炭素６を熱酸化する必要が無いので、球状炭素６を精度良く除去しつつ、極めて薄いＮｉＳｉ層３を確実に残し、ＳｉＣ基板１とのオーミット接合を実現できる。また、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、ＮｉＳｉ層３の表面にめり込んだ球状炭素６をエッチングしてできたくぼみ８に充填するように、ＮｉＳｉ層３の表面に金属膜電極７を形成しているので、アンカー効果により強固に接合することができ、金属膜電極７の密着性向上および信頼性向上を実現できる。更に、球状炭素６を精度良く除去できるので、球状炭素６がＮｉＳｉ層３の内部に残存せず、金属膜電極７の剥離を防止でき、信頼性向上を実現できる。
【００１７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図６および図７を参照して説明する。また、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法および当該製造方法に用いられる製造装置について、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法および当該製造方法に用いられる製造装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、物理的なスパッタリングと炭素のガス化を同時に行う方法である。なお、第２の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置と全く同じである。
【００１８】
次に、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置について図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図である。図６に示す製造装置は、ＳｉＣ基板１が設置された支持台１１と、加熱用のヒータ１４とを有し、雰囲気制御が可能なスパッタリングチャンバ１００と、不活性なガス、例えばＮ２を導入する配管バルブ１３と、温度制御装置１５と、排気メインバルブ１７とを備えている。なお、排気メインバルブ１７は不図示の排気装置に接続されている。また、スパッタリングチャンバ１００は、ＳｉＣ基板１と対向する位置に、電位が等しい電極１０１を備えている。電極１０１に対して、負の電圧を印加する直流電圧源１０２が支持台１１に接続されている。更に、スパッタリングチャンバ１００には、不活性なガス、例えばＡｒを導入する配管バルブ１０３と、Ｈ２を導入する配管バルブ１０４とが接続されている。Ｈ２の導入配管には、マイクロ波を発生するマイクロ波発生電極１０５が取り付けられ、マイクロ波発生装置１０６と接続されている。また、スパッタリングチャンバ１００の排気口に配置されたガス分析装置１０７と、ガス分析装置１０７による炭化水素ガスの検出結果を処理するためのコンピュータ１８とを備えている。
【００１９】
次に、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法が、第１の実施形態と異なる点は、図３に示した工程の代わりに、図７に示す工程を用いたことだけである。図７は、図６に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図である。なお、第１の実施形態と同様に、図７（ａ−１）〜図７（ａ−３）は同一の工程である。当該製造方法は、図２（ａ）、図２（ｂ−１）および図２（ｂ−２）に示した工程を実施した後、図７（ａ−１）〜図７（ａ―３）に示す工程のように、Ｎｉ２Ｓｉ層４、グラファイト５および球状炭素６をエッチングする。
【００２０】
本エッチング工程は、図６に示した製造装置を用いて実施する。具体的には、スパッタリングチャンバ１００内の支持台１１にＳｉＣ基板１を設置し、スパッタリングチャンバ１００を排気した後、ＡｒやＮ２を例えば１００ｓｃｃｍ、圧力１〜１０Ｐａ程度導入するように、配管バルブ１３、配管バルブ１０３および排気メインバルブ１７を調整する。ＳｉＣ基板１に負の電圧を印加してスパッタリングを行うと同時に配管バルブ１０４を調整してＨ２をＳｉＣ基板１の表面へ導入し、水素雰囲気とする。スパッタリングの進行と共に、ＣがＨ２によってメタンなどの炭化水素ガスとなり気化する。スパッタリングチャンバ１００の排気ガスをガス分析装置１０７に導入し、炭化水素ガスの検出を行う。ここで、第２の実施形態では、ガス分析装置１０７として質量分析装置を用いている。コンピュータ１８は、ガス分析装置１０７の炭化水素ガスの検出量の時間変化に基づいて、本エッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量を算出する。更に、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。なお、炭化水素ガス化を容易にするためには、ヒータ１４によってＳｉＣ基板１を加熱しても良い。或いは、マイクロ波発生電極１０５からマイクロ波を照射して、導入するＨ２をプラズマ化して、ラジカル水素としても良い。また、スパッタリングチャンバ１００内にＡｒおよびＨ２を一定速度で導入することにより、発生するメタンガス等の炭化水素ガスをＳｉＣ基板１上から速やかに排除するようにすると、ＳｉＣ基板１上への炭素膜の再付着を防止することができる。
【００２１】
これにより、図７（ａ−１）に示したように、ＳｉＣ基板１を設置したスパッタリングチャンバ１００内のＡｒイオンがグラファイト５に衝突して、グラファイト５がエッチングされる。エッチングされたグラファイト５は水素と結合し、メタンなどの炭化水素ガスとなり気化する。続いて、図７（ａ−２）に示したように、Ｎｉ２Ｓｉ層４はＡｒイオンの衝突によってエッチングされる。Ｎｉ２Ｓｉ層４の表面側からエッチングされて、ＮｉＨとＳｉＨが形成される。続いて、図７（ａ−３）に示したように、本エッチング工程がＮｉＳｉ層３の表面まで進むと、ＮｉＳｉ層３の表面にめり込んだ球状炭素６は水素によって、メタンなどの炭化水素ガスとなり気化する。その後、第１の実施形態と同様に、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。これにより、ＮｉＳｉ層３を残しつつ、球状炭素６を精度良くエッチングしている。これから、ＮｉＳｉ層３の表面の球状炭素６をエッチングしてできたくぼみ８が、ＮｉＳｉ層３に多数形成される。ここで、くぼみ８は、直径１０〜３０ｎｍ程度の略球状である。
【００２２】
本エッチング工程の終了後、図７（ｂ）に示す工程のように、くぼみ８に充填するように、ＮｉＳｉ層３の表面に実装用の厚い金属膜電極７を、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成する。これより、第２の実施形態に係る半導体装置が完成する。
【００２３】
以上より、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。更に、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、球状炭素６を水素により炭化水素ガス化するため、第１の実施形態と異なり、Ｎｉ酸化物ＮｉＯとシリコン酸化物ＳｉＯ２を除去する工程を不要にできる。
【００２４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図８および図９を参照して説明する。また、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法および当該製造方法に用いられる製造装置について、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法および当該製造方法に用いられる製造装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、化学的なエッチングと炭素のガス化を同時に行う方法である。なお、第３の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置と全く同じである。
【００２５】
次に、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置について図８を参照して説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図である。図８に示す製造装置は、ＳｉＣ基板１が設置された支持台１１と、加熱用のヒータ１４とを有し、雰囲気制御が可能なプラズマ発生容器２００と、不活性なガス、例えばＮ２を導入する配管バルブ１３と、温度制御装置１５と、排気メインバルブ１７とを備えている。なお、排気メインバルブ１７は不図示の排気装置に接続されている。また、プラズマ発生容器２００は、ＳｉＣ基板１と対向する位置に、マイクロ波を発生するマイクロ波発生電極２０１を備えている。マイクロ波発生電極２０１はマイクロ波発生装置２０２と接続されている。また、高周波電源２０３が支持台１１に接続されている。更に、プラズマ発生容器２００には、ハロゲンガス、例えばＣｌ２を導入する配管バルブ２０４が接続されている。また、プラズマ発生容器２００の排気口に配置されたガス分析装置１０７と、ガス分析装置１０７によるＣＣｌ４ガスの検出結果を処理するためのコンピュータ１８とを備えている。
【００２６】
次に、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法が、第１の実施形態と異なる点は、図３に示した工程の代わりに、図９に示す工程を用いたことだけである。図９は、図８に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図である。なお、第１の実施形態と同様に、図９（ａ−１）〜図９（ａ−３）は同一の工程である。当該製造方法は、図２（ａ）、図２（ｂ−１）および図２（ｂ−２）に示した工程を実施した後、図９（ａ−１）〜図９（ａ―３）に示す工程のように、Ｎｉ２Ｓｉ層４、グラファイト５および球状炭素６をエッチングする。
【００２７】
本エッチング工程は、図８に示した製造装置を用いて実施する。具体的には、
プラズマ発生容器２００内の支持台１１にＳｉＣ基板１を設置し、プラズマ発生容器２００を排気した後、Ｃｌ２やＮ２を導入する。これにより、プラズマ発生容器２００内を塩素雰囲気にする。マイクロ波発生装置２０２からマイクロ波発生電極２０１にマイクロ波を印加すると、マイクロ波発生電極２０１と支持台１１との間にプラズマが発生し、高周波電源２０３により、数十μ秒以下のパルス変調を加えると負のＣｌイオンが発生する。負のＣｌイオンをＳｉＣ基板１へ照射することで、Ｎｉ２Ｓｉ層４の化学的なエッチングができる。更に、エッチングの進行と共に、ＣがＣｌ２によってＣＣｌ４ガスとなり気化する。プラズマ発生容器２００の排気ガスをガス分析装置１０７に導入し、ＣＣｌ４ガスの検出を行う。ここで、第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、ガス分析装置１０７として質量分析装置を用いている。コンピュータ１８は、ガス分析装置１０７のＣＣｌ４ガスの検出量の時間変化に基づいて、本エッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量を算出する。更に、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。
【００２８】
これにより、図９（ａ−１）に示したように、ＳｉＣ基板１を設置したプラズマ発生容器２００内の塩素によって、グラファイト５が、ＣＣｌ４ガスとなり気化する。続いて、図９（ａ−２）に示したように、Ｎｉ２Ｓｉ層４は塩素と結合し、ＮｉＣｌとＳｉＣｌが形成される。ＳｉＣｌは揮発し難いため、ＳｉＣ基板１を加熱またはレーザ照射する。これにより、ＳｉＣｌを気化することができる。続いて、図９（ａ−３）に示したように、本エッチング工程がＮｉＳｉ層３の表面まで進むと、ＮｉＳｉ層３の表面にめり込んだ球状炭素６は塩素によって、ＣＣｌ４ガスとなり気化する。その後、第１の実施形態と同様に、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。これにより、ＮｉＳｉ層３を残しつつ、球状炭素６を精度良くエッチングしている。これから、ＮｉＳｉ層３の表面の球状炭素６をエッチングしてできたくぼみ８が、ＮｉＳｉ層３に多数形成される。ここで、くぼみ８は、直径１０〜３０ｎｍ程度の略球状である。
【００２９】
本エッチング工程の終了後、図９（ｂ）に示す工程のように、くぼみ８に充填するように、ＮｉＳｉ層３の表面に実装用の厚い金属膜電極７を、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成する。これより、第３の実施形態に係る半導体装置が完成する。
【００３０】
以上より、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。更に、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、塩素による化学的なエッチングで、グラファイト５、Ｎｉ２Ｓｉ層４および球状炭素６をエッチングしているので、第１の実施形態と異なり、物理的エッチングで発生するダメージを軽減することができる。
【００３１】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図１０および図１１を参照して説明する。また、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法および当該製造方法に用いられる製造装置について、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法および当該製造方法に用いられる製造装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、物理的なスパッタリングと炭素のガス化を同時に行う方法である。なお、第４の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置と全く同じである。
【００３２】
次に、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置について図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図である。図１０に示す製造装置は、ＳｉＣ基板１が設置された支持台１１と、加熱用のヒータ１４とを有し、雰囲気制御が可能なスパッタリングチャンバ１００と、Ｏ２を導入する配管バルブ１２と、不活性なガス、例えばＮ２を導入する配管バルブ１３と、温度制御装置１５と、排気メインバルブ１７とを備えている。なお、排気メインバルブ１７は不図示の排気装置に接続されている。また、スパッタリングチャンバ１００は、ＳｉＣ基板１と対向する位置に、電位が等しい電極１０１を備えている。電極１０１に対して、高周波電源１０８が支持台１１に接続されている。また、スパッタリングチャンバ１００内の発光強度を検出する光分析器１１０と、光分析器１１０による発光強度の検出結果を処理するためのコンピュータ１８とを備えている。
【００３３】
次に、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法が、第１の実施形態と異なる点は、図３に示した工程の代わりに、図１１に示す工程を用いたことだけである。図１１は、図１０に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図である。なお、第１の実施形態と同様に、図１１（ａ−１）〜図１１（ａ−３）は同一の工程である。当該製造方法は、図２（ａ）、図２（ｂ−１）および図２（ｂ−２）に示した工程を実施した後、図１１（ａ−１）〜図１１（ａ―３）に示す工程のように、Ｎｉ２Ｓｉ層４、グラファイト５および球状炭素６をエッチングする。
【００３４】
本エッチング工程は、図１０に示した製造装置を用いて実施する。具体的には、スパッタリングチャンバ１００内の支持台１１にＳｉＣ基板１を設置し、スパッタリングチャンバ１００を排気・減圧した後、Ｏ２やＮ２を圧力１ｋＰａ以下で導入するように、配管バルブ１２、１３と排気メインバルブ１７を調整する。これにより、スパッタリングチャンバ１００内を酸素雰囲気にする。高周波電源１０８から支持台１１に高周波電圧を印加すると、酸素プラズマが発生する。続いて、ヒータ１４の加熱により３００℃〜６００℃に昇温する。これにより、上記の酸素プラズマにより、ＳｉＣ基板１の表面がスパッタリングされる。スパッタリングの進行と共に、Ｃが酸化されて、炭酸ガスＣＯまたはＣＯ２となり気化する。炭酸ガスＣＯまたはＣＯ２が発生すると酸素プラズマにより発光が起こるため、スパッタリングチャンバ１００内の当該発光強度を、光分析器１１０を用いて検出する。ここで、第４の実施形態では、光分析器１１０は分光器と光電変換器からなる。コンピュータ１８は、光分析器１１０の発光強度の検出量の時間変化に基づいて、本エッチング工程中に放出される単位時間当たりの炭素放出量を算出する。更に、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。
【００３５】
これにより、図１０（ａ−１）に示したように、ＳｉＣ基板１を設置したスパッタリングチャンバ１００内の酸素プラズマがグラファイト５に衝突して、グラファイト５がエッチングされる。エッチングされたグラファイト５は、酸化されて、炭酸ガスＣＯまたはＣＯ２となり気化する。続いて、図１１（ａ−２）に示したように、酸素プラズマの衝突により、Ｎｉ２Ｓｉ層４の表面側からＮｉ２Ｓｉ層４は酸化されて、Ｎｉ酸化物ＮｉＯとシリコン酸化物ＳｉＯ２が形成される。続いて、図１１（ａ−３）に示したように、本エッチング工程がＮｉＳｉ層３の表面まで進むと、ＮｉＳｉ層３の表面にめり込んだ球状炭素６は、ＮｉＳｉ層３を構成するＮｉＳｉと比較して還元作用が強いため、ＮｉＳｉ層３に先行して炭酸ガスＣＯまたはＣＯ２となり気化する。すなわち、球状炭素６の周辺のＮｉＳｉ層３は、球状炭素６の気化が終わるまで酸化され難くなる。その後、第１の実施形態と同様に、コンピュータ１８は、炭素放出量がピークを超えて、かつ、所定値以下になった場合に本エッチング工程を終了させる。これにより、ＮｉＳｉ層３を残しつつ、球状炭素６を精度良くエッチングしている。これから、ＮｉＳｉ層３の表面の球状炭素６をエッチングしてできたくぼみ８が、ＮｉＳｉ層３に多数形成される。ここで、くぼみ８は、直径１０〜３０ｎｍ程度の略球状である。
【００３６】
本エッチング工程の終了後、ＮｉＳｉ層３上に残っているＮｉ酸化物ＮｉＯとシリコン酸化物ＳｉＯ２を、第１の実施形態と同様に、ドライエッチングやウェットエッチングにより除去する。次に、図１１（ｂ）に示す工程のように、くぼみ８に充填するように、ＮｉＳｉ層３の表面に実装用の厚い金属膜電極７を、例えばＤＣマグネトロンスパッタリングによって形成する。これより、第４の実施形態に係る半導体装置が完成する。
【００３７】
以上より、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。更に、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、グラファイト５を効率良くエッチングすることができ、短時間で酸化させることができる。
【００３８】
なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置は、ＳｉＣ基板１、ＮｉＳｉ層３および金属膜電極７から構成されているが、特にこれに限定されるものでなく、他の構造を備えていても良い。
【００３９】
また、第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、導電膜２の材料としてＮｉを用いているが、特にこれに限定されるものでなく、Ｓｉと比較してＣと結合し難い材料であれば、他の材料でも良い。
【００４０】
また、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、酸素雰囲気中で、Ｎｉ２Ｓｉ層４、グラファイト５および球状炭素６をエッチングしているが、特にこれに限定されるものでなく、Ｓｉと比較してＣと結合し易い雰囲気中であれば、同様の効果を取得できる。同様に、第２の実施形態では水素雰囲気中のスパッタリング処理により、第３の実施形態では塩素雰囲気中で、第４の実施形態では酸素雰囲気中のスパッタリング処理により、エッチングしているが、特にこれに限定されるものでなく、Ｓｉと比較してＣと結合し易い雰囲気中であれば、同様の効果を取得できる。
【００４１】
また、第１乃至第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、ＤＣマグネトロンスパッタリングで、ＮｉＳｉ層３の表面に金属膜電極７を形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、ＮｉＳｉ層３の表面のくぼみ８に金属膜電極７の材料を充填できる方法であれば、何れの方法を使用しても良い。
【００４２】
また、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、炭酸ガス検出装置１６（炭酸ガスセンサ）で炭酸ガスの濃度を検出しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の方法、例えば、赤外特殊吸収バンド、ガスクロマトグラフなどを用いても良い。同様に、第２の実施形態では炭化水素ガスの質量電荷比を、第３の実施形態ではＣＣｌ４ガスの質量電荷比を、ガス分析装置１０７（質量分析装置）で検出しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の方法、例えば、赤外特殊吸収バンド、ガスクロマトグラフなどを用いても良く、炭化ガスの濃度を検出して良い。同様に、第４の実施形態では、酸素プラズマ中の炭酸ガスの発光強度を光分析器１１０で検出しているが、特にこれに限定されるものでなく、他の方法、例えば、赤外特殊吸収バンド、ガスクロマトグラフなどを用いても良く、炭化ガスの濃度を検出して良い。
【００４３】
また、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、通常のスパッタリングを用いているが、特にこれに限定されるものでなく、反応性スパッタリングを用いても良い。この場合、直流電圧源１０２を高周波電源１０８に替えることで容易に反応性スパッタリングにすることができる。また、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリングなどを用いても良い。
【００４４】
また、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、酸素プラズマ中の炭酸ガスの発光強度を光分析器１１０で検出しているが、特にこれに限定されるものでなく、従来の他の検出装置を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図
【図２】図１に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図
【図３】図２に続く断面工程図
【図４】深さ方向における炭素の存在割合の分布を示す図
【図５】排出ガスの炭酸ガス濃度の分布を示す図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図
【図７】図６に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図
【図９】図８に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略図
【図１１】図１０に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する断面工程図
【符号の説明】
【００４６】
１  ＳｉＣ基板、２  導電膜、３  ＮｉＳｉ層、４  Ｎｉ２Ｓｉ層、
５  グラファイト、６  球状炭素、７  金属膜電極、８  くぼみ、
１０  炉、１１  支持台、１２、１３、１０３、１０４、２０４  配管バルブ、
１４  ヒータ、１５  温度制御装置、１６  炭酸ガス検出装置、
１７  排気メインバルブ、１８  コンピュータ、
１００  スパッタリングチャンバ、１０１  電極、１０２  直流電圧源、
１０５、２０１  マイクロ波発生電極、１０６、２０２  マイクロ波発生装置、
１０７  ガス分析装置、１０８、２０３  高周波電源、１１０  光分析器、
２００  プラズマ発生容器
【図１】
0004962168.tif 000002
【図２】
0004962168.tif 000003
【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】
0004962168.tif 000009
【図９】
0004962168.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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