(57)【要約】【課題】  ポリシリコン層が過剰に反応することを防止しながら、共通の工程で第１コンタクトホール内と第２コンタクトホール内にコンタクト金属層を形成する。【解決手段】  半導体装置の製造方法であって、ＳｉＣ基板とポリシリコン層と前記ＳｉＣ基板と前記ポリシリコン層を覆う層間絶縁膜を有するウエハを準備する工程と、前記層間絶縁膜に底面に前記ＳｉＣ基板が露出する第１コンタクトホールと底面に前記ポリシリコン層が露出する第２コンタクトホールを形成する工程と、前記第１コンタクトホール内で前記ＳｉＣ基板に接するとともに前記第２コンタクトホール内で前記ポリシリコン層に接するニッケルシリサイド層を形成する工程と、前記ウエハをアニールして前記ニッケルシリサイド層と前記ＳｉＣ基板を反応させて前記ニッケルシリサイド層と前記ポリシリコン層を反応させる工程、を有する。【選択図】図４
2020102594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
ＳｉＣ基板と、ポリシリコン層と、前記ＳｉＣ基板と前記ポリシリコン層を覆う層間絶縁膜を有するウエハを準備する工程と、
前記層間絶縁膜に、底面に前記ＳｉＣ基板が露出する第１コンタクトホールと、底面に前記ポリシリコン層が露出する第２コンタクトホールを形成する工程と、
前記第１コンタクトホール内で前記ＳｉＣ基板に接し、前記第２コンタクトホール内で前記ポリシリコン層に接するニッケルシリサイド層を形成する工程と、
前記ウエハをアニールして、前記ニッケルシリサイド層と前記ＳｉＣ基板を反応させ、前記ニッケルシリサイド層と前記ポリシリコン層を反応させる工程、
を有する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
特許文献１には、半導体装置の製造方法が開示されている。この製造方法は、ＳｉＣ（炭化珪素）基板の表面にニッケル層を形成する工程と、アニールによってＳｉＣ基板とニッケル層を反応させる工程を有している。ＳｉＣ基板とニッケル層が反応することによって、ＳｉＣ基板とニッケル層の界面にシリサイド層が形成される。シリサイド化によって、ニッケル層がＳｉＣ基板にオーミック接触する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電極層や配線層として、ＳｉＣ基板にポリシリコン層が設けられる場合がある。この場合、ＳｉＣ基板とポリシリコン層が層間絶縁膜によって覆われる。層間絶縁膜には、コンタクトホールが設けられる。ＳｉＣ基板に対するコンタクトホール（以下、第１コンタクトホール）内にはＳｉＣ基板に接するコンタクト金属層が設けられる。ＳｉＣ基板に接するコンタクト金属層は、一般にニッケル層が用いられる。ポリシリコン層に対するコンタクトホール（以下、第２コンタクトホールという）内にはポリシリコン層に接するコンタクト金属層が設けられる。
【０００５】
この種の半導体装置の従来の製造工程では、以下に説明するように、第１コンタクトホール内のコンタクト金属層と第２コンタクトホール内のコンタクト金属層を共通の工程で形成することができない。上述したように、第１コンタクトホール内のコンタクト金属層にはニッケル層が用いられる。このため、共通の工程で第１コンタクトホール内と第２コンタクトホール内にコンタクト金属層を形成しようとすると、第２コンタクトホール内のコンタクト金属層としてもニッケル層を用いる必要がある。第１コンタクトホールと第２コンタクトホール内にニッケル層を形成する場合には、ニッケル層を形成した後にニッケル層とＳｉＣ基板とをシリサイド化させる必要がある。このとき、ニッケル層の融点が高いので、高温で長時間のアニールを行う必要がある。このアニール時に、ニッケル層とポリシリコン層もシリサイド化する。ポリシリコン層はＳｉＣ基板よりもシリサイド化しやすい。このため、ポリシリコン層が過剰にシリサイド化するという問題が生じる。例えば、ポリシリコン層全体がシリサイド化したり、ポリシリコン層と層間絶縁膜の間で反応が生じる等の問題が生じる。このため、従来は、第１コンタクトホール内のコンタクト金属層と第２コンタクトホール内のコンタクト金属層を別工程で形成する必要があり、半導体装置を効率的に製造することが困難であった。
【０００６】
本明細書では、ポリシリコン層が過剰に反応することを防止しながら、共通の工程で第１コンタクトホール内と第２コンタクトホール内にコンタクト金属層を形成する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、ウエハ準備工程と、コンタクトホール形成工程と、ニッケルシリサイド層形成工程と、反応工程を有する。前記ウエハ準備工程では、ＳｉＣ基板と、ポリシリコン層と、前記ＳｉＣ基板と前記ポリシリコン層を覆う層間絶縁膜を有するウエハを準備する。前記コンタクトホール形成工程では、前記層間絶縁膜に、底面に前記ＳｉＣ基板が露出する第１コンタクトホールと、底面に前記ポリシリコン層が露出する第２コンタクトホールを形成する。前記ニッケルシリサイド層形成工程では、前記第１コンタクトホール内で前記ＳｉＣ基板に接し、前記第２コンタクトホール内で前記ポリシリコン層に接するニッケルシリサイド層を形成する。前記反応工程では、前記ウエハをアニールして、前記ニッケルシリサイド層と前記ＳｉＣ基板を反応させ、前記ニッケルシリサイド層と前記ポリシリコン層を反応させる。
【０００８】
この製造方法では、共通の工程で、第１コンタクトホール内と第２コンタクトホール内にニッケルシリサイド層を形成する。ニッケルシリサイドは、ニッケル単体よりも低い融点を有する。このため、ニッケルシリサイド層とＳｉＣ基板の間で反応が起こりやすい。したがって、反応工程では、従来よりも低いアニール温度や従来よりも短いアニール時間を採用しても、ニッケルシリサイド層とＳｉＣ基板とを反応させてこれらをオーミック接触させることができる。反応工程では、ニッケルシリサイド層とポリシリコン層の間でも反応が生じる。これによって、ニッケルシリサイド層とポリシリコン層をオーミック接触させることができる。また、反応工程で従来よりも低いアニール温度や従来よりも短いアニール時間を採用できるので、ポリシリコン層で反応が過剰に進むことを防止することができる。以上に説明したように、この製造方法によれば、ポリシリコン層が過剰に反応することを防止しながら、共通の工程で第１コンタクトホール内と第２コンタクトホール内にコンタクト金属層（すなわち、ニッケルシリサイド層）を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の製造方法を説明する断面図。
【図２】実施形態の製造方法を説明する断面図。
【図３】実施形態の製造方法を説明する断面図。
【図４】実施形態の製造方法を説明する断面図。
【図５】実施形態の製造方法を説明する断面図。
【図６】実施形態の製造方法を説明する断面図。
【図７】実施形態の製造方法を説明する断面図。
【図８】変形例の製造方法を説明する断面図。
【図９】変形例の製造方法を説明する断面図。
【図１０】変形例の製造方法を説明する断面図。
【図１１】変形例の製造方法を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。なお、実施形態の製造方法は、ＳｉＣ基板の表面に電極を形成する工程に特徴を有するので、以下ではＳｉＣ基板の表面に電極を形成する工程についてのみ説明する。
【００１１】
まず、図１に示すように、ＳｉＣ基板１２の表面に層間絶縁膜１４を形成する。次に、層間絶縁膜１４の表面の一部にポリシリコン層１６（配線層）を形成する。ポリシリコン層１６は、層間絶縁膜１４の表面全体にポリシリコンを成長させた後に、不要な部分のポリシリコンをエッチングにより除去することで形成される。次に、ポリシリコン層１６と層間絶縁膜１４の表面を覆う層間絶縁膜１８を形成する。
【００１２】
次に、図２に示すように、層間絶縁膜１４、１８を部分的にエッチングすることによって、第１コンタクトホール２１と第２コンタクトホール２２を形成する。第１コンタクトホール２１は、ポリシリコン層１６が存在しない範囲で層間絶縁膜１４、１８をエッチングすることで形成される。第１コンタクトホール２１は、層間絶縁膜１４、１８を貫通してＳｉＣ基板１２に達している。第１コンタクトホール２１の底面に、ＳｉＣ基板１２が露出する。第２コンタクトホール２２は、ポリシリコン層１６の上部の層間絶縁膜１８をエッチングすることで形成される。第２コンタクトホール２２は、層間絶縁膜１８を貫通してポリシリコン層１６に達している。第２コンタクトホール２２の底面に、ポリシリコン層１６が露出する。
【００１３】
次に、図３に示すように、層間絶縁膜１８を覆うようにニッケルシリサイド層２４を形成する。ニッケルシリサイド層２４は、スパッタリングによって形成してもよいし、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）によって形成してもよい。但し、ＣＶＤで使用する原料ガス（Ｎｉ（ＰＦ３）４）が高価であるので、スパッタリングの方がコスト的に有利である。ニッケルシリサイド層２４は、ニッケルとシリコンの合金である。ニッケルシリサイド層中のニッケルの原子比率は４５〜５５％であり、ニッケルシリサイド層中のシリコンの原子比率は４５〜５５％である。ニッケルシリサイド層２４の融点は、９６６℃前後である。ニッケルシリサイド層２４の融点は、ニッケル単体の融点（１４５５℃）よりも低い。このため、ニッケルシリサイド層２４の軟化温度は、ニッケル単体の軟化温度よりも低い。図３に示すように、ニッケルシリサイド層２４は、第１コンタクトホール２１内と第２コンタクトホール２２内に充填される。このため、ニッケルシリサイド層２４は、第１コンタクトホール２１内でＳｉＣ基板１２と接し、第２コンタクトホール２２内でポリシリコン層１６と接触する。なお、図３に示すように、ニッケルシリサイド層２４を形成するときに、第１コンタクトホール２１内のニッケルシリサイド層２４の内部に空隙６１が形成され、第２コンタクトホール２２内のニッケルシリサイド層２４の内部に空隙６２が形成される場合がある。また、ニッケルシリサイド層２４を形成するときに、第１コンタクトホール２１及び第２コンタクトホール２２の上部のニッケルシリサイド層２４の表面に凹部が形成される場合がある。
【００１４】
次に、ウエハ全体を９５０℃〜９８０℃の温度でランプアニールする。ここでは、アニール時間を５４０秒以下の短時間とする。ウエハをアニールすると、ニッケルシリサイド層２４が軟化する。その結果、図４に示すように、ニッケルシリサイド層２４の内部から空隙６１、６２が消滅するとともに、ニッケルシリサイド層２４の表面が平坦化される。
【００１５】
また、アニールによりニッケルシリサイド層２４が軟化すると、第１コンタクトホール２１内でニッケルシリサイド層２４がＳｉＣ基板１２内に拡散し、ニッケルシリサイド層２４とＳｉＣ基板１２とが反応する。その結果、これらの界面に反応層３１が形成される。反応層３１が形成されることで、ニッケルシリサイド層２４がＳｉＣ基板１２にオーミック接触する。なお、ニッケルシリサイド層２４は軟化温度が低くＳｉＣ基板１２と反応し易いので、アニール時間が短時間でもニッケルシリサイド層２４をＳｉＣ基板１２にオーミック接触させることができる。
【００１６】
また、アニールによりニッケルシリサイド層２４が軟化すると、第２コンタクトホール２２内でニッケルシリサイド層２４がポリシリコン層１６内に拡散し、ニッケルシリサイド層２４とポリシリコン層１６が反応する。その結果、これらの界面に反応層３２が形成される。反応層３２が形成されることで、ニッケルシリサイド層２４がポリシリコン層１６にオーミック接触する。なお、ポリシリコン層１６はニッケルシリサイド層２４と反応し易いが、アニール時間が短時間であるので、ポリシリコン層１６がニッケルシリサイド層２４と過剰に反応することが防止される。したがって、ニッケルシリサイド層２４とポリシリコン層１６の界面に適切な厚さの反応層３２が形成され、ニッケルシリサイド層２４がポリシリコン層１６に適切にオーミック接触する。
【００１７】
次に、図５に示すように、ニッケルシリサイド層２４上にＡｌＳｉ（アルミニウムシリコン）層３４を形成する。次に、図６に示すように、ＡｌＳｉ層３４の表面の一部にレジスト３６を形成し、レジスト３６に覆われていない範囲のＡｌＳｉ層３４をエッチングして除去する。その後、図７に示すようにレジスト３６を除去する。
【００１８】
以上の工程によって、ＳｉＣ基板１２の表面の電極が完成する。この製造方法によれば、ニッケルシリサイド層２４の軟化温度が低いので、ニッケルシリサイド層２４とＳｉＣ基板１２とを反応させるためのアニールにおいてアニール時間が短くても、ニッケルシリサイド層２４をＳｉＣ基板１２にオーミック接触させることができる。また、アニール時間が短いので、ニッケルシリサイド層２４がポリシリコン層１６と過剰に反応することを防止することができる。したがって、ニッケルシリサイド層２４をポリシリコン層１６にも適切にオーミック接触させることができる。
【００１９】
また、実施形態の製造方法では、第１コンタクトホール２１と第２コンタクトホール２２を共通の工程で形成することができる。さらに、第１コンタクトホール２１内と第２コンタクトホール２２内に共通の工程でコンタクト金属（すなわち、ニッケルシリサイド層２４）を形成することができる。第１コンタクトホール２１に対する加工と第２コンタクトホール２２に対する加工を別工程で行う場合に比べて、工程の数を大幅に減らすことができる。したがって、この製造方法によれば、効率的に半導体装置を製造することができる。
【００２０】
また、実施形態の製造方法では、第１コンタクトホール２１内のコンタクト金属と第２コンタクトホール内のコンタクト金属を共通のニッケルシリサイド層２４により形成することができるので、コンタクトホール毎に別種のコンタクト金属を用いる必要がない。このため、低コストで半導体装置を製造することができる。
【００２１】
また、コンタクトホール内に埋め込む金属としてタングステンを用いることが一般に知られている。しかしながら、タングステンは、ニッケルシリサイドに比べて比熱が小さい。コンタクトホール内に埋め込む金属として比熱が大きいニッケルシリサイドを用いることで、半導体装置の熱容量が大きくなり、半導体装置の短絡耐量等の特性を向上させることができる。
【００２２】
なお、上述した実施形態では、アニール時間を従来よりも短時間としたが、アニール温度を従来よりも低温としてもよい。
【００２３】
また、図８〜１１は、変形例の製造方法を示している。変形例の製造方法では、ニッケルシリサイド層２４を厚く形成し、ＡｌＳｉ層３４を形成しない。すなわち、図８では、図３よりも厚くニッケルシリサイド層２４を形成する。次に、ランプアニールによって、図９に示すように反応層３１、３２を形成する。次に、図１０に示すように、ニッケルシリサイド層２４の表面の一部にレジスト３６を形成し、レジスト３６に覆われていない範囲のニッケルシリサイド層２４をエッチングして除去する。その後、図１１に示すように、レジスト３６を除去する。このように、厚いニッケルシリサイド層２４を適切にエッチングできる場合には、ニッケルシリサイド層２４を厚く形成し、ＡｌＳｉ層３４を形成しなくてもよい。この場合、半導体装置の熱容量がより大きくなるので、半導体装置の短絡耐量をより向上させることができる。また、電極強度を向上させることができる。
【００２４】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
１２  ：ＳｉＣ基板
１４  ：層間絶縁膜
１６  ：ポリシリコン層
１８  ：層間絶縁膜
２１  ：第１コンタクトホール
２２  ：第２コンタクトホール
２４  ：ニッケルシリサイド層
３１  ：反応層
３２  ：反応層
３４  ：ＡｌＳｉ層
３６  ：レジスト
６１  ：空隙
６２  ：空隙
【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】
2020102594.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020102594.tif 000011
【図１０】
2020102594.tif 000012
【図１１】
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