(57)【要約】【課題】  金属層の異常成長物を好適に除去する技術を提供する。【解決手段】  半導体基板上に層間絶縁膜２８を形成し、その層間絶縁膜２８を表面からエッチングし、表面から裏面まで貫通するコンタクト溝５０と、コンタクト溝５０より浅い非コンタクト溝５２を形成し、層間絶縁膜２８の表面を複数の区画２８ａに区画する。層間絶縁膜２８の表面と、コンタクト溝５０の内面と、非コンタクト溝５２の内面に、非コンタクト溝の深さより薄い第１金属層を形成する。その第１金属層の表面に、コンタクト溝内を満たすように第２金属層を形成し、その後にコンタクト溝内の第２金属層が残存するように第２金属層をエッチングする。第２金属層に生じる異常成長の最大サイズが規定され、第２金属層を過不足なくエッチングすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を表面からエッチングし、前記層間絶縁膜の表面から裏面まで貫通するコンタクト溝と、前記コンタクト溝より浅い非コンタクト溝を形成し、前記層間絶縁膜の表面を複数に区画する工程と、
前記層間絶縁膜の表面と、前記コンタクト溝の内面と、前記非コンタクト溝の内面に、前記非コンタクト溝の深さよりも薄い第１金属層を形成する工程と、
前記第１金属層の表面に、前記コンタクト溝内を満たすように第２金属層を形成する工程と、
前記コンタクト溝内の前記第２金属層が残存するように、前記第２金属層をエッチングする工程、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、半導体装置の製造方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の表面に形成されたトレンチ内にゲート電極が設けられており、半導体基板の表面とゲート電極の上部に層間絶縁膜が設けられる半導体装置が知られている。また、層間絶縁膜の上部に設けられる上部電極と半導体基板の電気的なコンタクトを図るため、層間絶縁膜の表面から裏面にまで貫通するコンタクト溝を形成する技術が知られている。この技術では、コンタクト溝の内面と層間絶縁膜の表面に第１金属層を成膜した上で、コンタクト溝内に第２金属層が充填される。
【０００３】
第１金属層に欠陥が存在すると、当該欠陥の位置に成膜される第２金属層が膨張し、第２金属層の異常成長が生じる。異常成長物は、第１金属層を剥がしながら進行し、そのサイズが大きくなる。異常成長物が存在すると、その上部に形成される上部電極の平坦性が低下する。その結果、上部電極に応力が加わり、クラックが生じる場合がある。このため、異常成長物が存在すると、半導体装置の信頼性に影響する。
【０００４】
このような異常成長物を除去する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１では、コンタクト溝内に充填した第２金属層上にレジストを形成し、層間絶縁膜上に異常成長した第２金属層の異常成長物をエッチングにより除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２３６８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
異常成長が進行し続けると、異常成長物のサイズがその分大きくなっていく。現在の技術では、異常成長物の最大サイズを正確に規定することができない。特に半導体基板の厚み方向における異常成長物のサイズを規定することが困難である。このため、特許文献１の技術があっても、そのエッチング量を過不足なく設定することが困難である。上記したように、異常成長物が除去しきれない場合には、上部電極を平坦に形成することができず、半導体装置の信頼性が低下する。本明細書は、異常成長物のサイズを管理し、過不足のないエッチング量を設定可能とする技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
異常成長現象を研究した結果、下記が判明した。第２金属層の異常成長は、第１金属層を剥がしながら層間絶縁膜の面方向に進行する。その異常成長物がコンタクト溝の周縁に到達すると、層間絶縁膜の表面とコンタクト溝の側面との境界において前記面方向の力が作用し第１金属膜が割れる。これにより、第２金属層の異常成長が停止する。すなわち、異常成長物がコンタクト溝の周縁に到達するまでは異常成長現象が続き、異常成長物がコンタクト溝の周縁に到達したときに異常成長が停止する。上記の知見から、異常成長物のサイズを管理することができ、異常成長物を除去するためにエッチング量を過不足なく設定可能とできるとする着想が得られた。
【０００８】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、その層間絶縁膜を表面からエッチングし、層間絶縁膜の表面から裏面まで貫通するコンタクト溝と、そのコンタクト溝より浅い非コンタクト溝を形成し、層間絶縁膜の表面を複数に区画する工程と、層間絶縁膜の表面と、コンタクト溝の内面と、非コンタクト溝の内面に、非コンタクト溝の深さよりも薄い第１金属層を形成する工程と、その第１金属層の表面に、コンタクト溝内を満たすように第２金属層を形成する工程と、コンタクト溝内の第２金属層が残存するように、第２金属層をエッチングする工程を備える。
【０００９】
上記の製造方法では、コンタクト溝の他に、非コンタクト溝を層間絶縁膜の表面に形成する。このため、第２金属層が異常成長した場合であっても、異常成長物が非コンタクト溝の周縁に到達すると、層間絶縁膜の表面と非コンタクト溝の側面との境界において第１金属層に面方向の力が作用する。第１金属層の厚みは非コンタクト溝の深さよりも薄いため、当該境界において第１金属層が割れる。これにより、第２金属層の異常成長が停止する。さらに、層間絶縁膜の表面は、コンタクト溝と非コンタクト溝によって複数に区画されている。このため、各区画の面積を調整することによって、異常成長物の成長サイズを所望のサイズに管理することができる。
【００１０】
なお、コンタクト溝を形成する工程と非コンタクト溝を形成する工程は、別々に実施してもよいし、同時に実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。
【図３】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図４】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図５】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図６】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図７】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図８】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図９】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図１０】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図１１】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【図１２】実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法の一実施例を、図面を参照して説明する。本実施例の製造方法によって製造される半導体装置は、パワー半導体装置の一種であり、例えば、モータ等の負荷へ電流を流す電力供給回路に用いられる。
【００１３】
まず本実施例に係る製造方法によって製造されるＭＯＳＦＥＴ１０について説明する。図１と図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１０は、半導体基板１２と、電極、絶縁層等を備えている。なお、図１では、図の見易さのため、半導体基板１２の表面１２ａ上（層間絶縁膜２８より上側）の構成の図示を省略している。以下では、表面１２ａを平面視したときにトレンチ２２が長く伸びる方向をｙ方向といい、表面１２ａに平行でｙ方向に直交する方向をｘ方向という。また、半導体基板１２の厚み方向をｚ方向という。半導体基板１２は、例えば、Ｓｉによって構成されている。
【００１４】
半導体基板１２の表面１２ａには、複数のトレンチ２２が設けられている。図１に破線で示すように、各トレンチ２２はｙ方向に直線状に長く伸びている。各トレンチ２２は、ｘ方向に間隔を空けて配列されている。
【００１５】
図２に示すように、トレンチ２２の内面は、ゲート絶縁膜２４によって覆われている。トレンチ２２内には、ゲート電極２６が配置されている。ゲート電極２６は、ゲート絶縁膜２４によって半導体基板１２から絶縁されている。
【００１６】
半導体基板１２の表面１２ａ及びゲート電極２６の表面は、層間絶縁膜２８によって覆われている。層間絶縁膜２８は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって構成されている。層間絶縁膜２８には、コンタクト溝５０及び非コンタクト溝５２が形成されている。
【００１７】
コンタクト溝５０は、層間絶縁膜２８の表面から裏面まで貫通している。図１に示すように、コンタクト溝５０は、平面視において、トレンチ２２によって挟まれた範囲に形成されている。トレンチ２２の上部には、コンタクト溝５０は形成されていない。コンタクト溝５０は、平面視において、ｘ方向に等間隔でｙ方向に伸びる部分５０ａと、ｙ方向に等間隔でｘ方向に伸びる部分５０ｂにより格子状に形成されている。
【００１８】
非コンタクト溝５２は、コンタクト溝５０より浅い。すなわち、非コンタクト溝５２は、層間絶縁膜２８の裏面まで達していない。非コンタクト溝５２は、トレンチ２２の上部とその近傍に形成されている。詳細には、図１に示すように、非コンタクト溝５２は、トレンチの上部に沿ってｙ方向に伸びる部分５２ａと、部分５２ａからｙ方向に等間隔でｘ方向に伸びる複数の部分５２ｂとにより構成されている。
【００１９】
図１に示すように、平面視すると、コンタクト溝５０と非コンタクト溝５２は、格子状に形成されている。コンタクト溝５０と非コンタクト溝５２は、それぞれが隣接する点において段差を有して接続されている。コンタクト溝５０と非コンタクト溝５２によって、層間絶縁膜２８の表面が複数の矩形領域２８ａに区画されている。
【００２０】
図２に示すように、層間絶縁膜２８の表面と、コンタクト溝５０の内面と、非コンタクト溝５２の内面には、第１金属層４０が被膜されている。第１金属層４０は、チタン（Ｔｉ）によって構成されているＴｉ層と、窒化チタン（ＴｉＮ）によって構成されているＴｉＮ層を有している。Ｔｉ層が層間絶縁膜２８の表面と、コンタクト溝５０の内面と、非コンタクト溝５２の内面に接しており、ＴｉＮ層がＴｉ層上に積層されている。第１金属層４０の厚みは、非コンタクト溝５２の深さより薄い。
【００２１】
コンタクト溝５０内の第１金属層４０よりも上側の空間と、非コンタクト溝５２内の第１金属層４０よりも上側の空間には、第２金属層４２が隙間なく充填されている。第２金属層４２は、タングステン（Ｗ）によって構成されている。第２金属層４２の表面と層間絶縁膜２８の表面は略同一の高さとなっている。したがって、第２金属層４２の表面と層間絶縁膜２８の表面によって略平坦な平面が構成されている。
【００２２】
第１金属層４０上及び第２金属層４２上には、上部電極７０が形成されている。上部電極７０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）によって構成されている。上部電極７０は、第１金属層４０上及び第２金属層４２上のほぼ全域を覆っている。上部電極７０は、層間絶縁膜２８によってゲート電極２６から絶縁されている。
【００２３】
なお、非コンタクト溝５２内の空間には第２金属層４２が充填されていなくてもよい。非コンタクト溝５２内の空間は、第２金属層４２の代わりに上部電極７０により充填されていてもよい。また、層間絶縁膜２８の表面及び非コンタクト溝５２の内面には第１金属層４０が被膜されていなくてもよい。
【００２４】
次に、半導体基板１２の内部の構造について説明する。図２に示すように、半導体基板１２には、ソース領域３０、ボディ領域３２、ドリフト領域３３、ドレイン領域３４が形成されている。
【００２５】
ソース領域３０は、ｎ型領域であり、半導体基板１２の表面に露出している。ソース領域３０は、ゲート絶縁膜２４に接している。
【００２６】
ボディ領域３２は、ｐ型領域であり、ソース領域３０に接している。ボディ領域３２は、ソース領域３０の間の範囲で、半導体基板１２の表面に露出している。ボディ領域３２は、ソース領域３０の下側でゲート絶縁膜２４に接している。
【００２７】
ドリフト領域３３は、ｎ型領域であり、ボディ領域３２の下側に形成されている。ドリフト領域３３は、ボディ領域３２によってソース領域３０から分離されている。ドリフト領域３３は、ボディ領域３２の下側でゲート絶縁膜２４に接している。ドリフト領域３３のｎ型不純物濃度は、ソース領域３０よりも低い。
【００２８】
ドレイン領域３４は、ｎ型領域であり、ドリフト領域３３の下側に形成されている。ドレイン領域３４は、ドリフト領域３３によってボディ領域３２から分離されている。ドレイン領域３４は、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出している。半導体基板１２の裏面１２ｂの全域には、下部電極８０が形成されている。
【００２９】
次に、本実施例のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法の一例について説明する。なお以下では、本実施例の特徴である工程のみを説明する。したがって、実際の製造方法には、必要に応じて以下の説明に含まれない１又は複数の工程が含まれ得る。
【００３０】
まず、図３に示すＭＯＳＦＥＴ１０の形成前の半導体基板１２を準備する。この半導体基板１２は、ドリフト領域３３、ボディ領域３２及びソース領域３０を有している。ボディ領域３２及びソース領域３０は、イオン注入やエピタキシャル成長等の従来公知の方法によって形成することができる。さらに、図４に示すように、従来公知の方法により、トレンチ２２、ゲート絶縁膜２４及びゲート電極２６を形成する。
【００３１】
次に、図５に示すように、半導体基板１２の表面１２ａ及びゲート電極２６の表面に層間絶縁膜２８を形成する。
【００３２】
次に、図６、７に示すように、層間絶縁膜２８を部分的にエッチングすることによって、非コンタクト溝５２を形成する。非コンタクト溝５２は、半導体基板１２と後の工程で形成される上部電極７０がコンタクトしない領域に形成される。例えば、非コンタクト溝５２はトレンチ２２の上部に形成される。本実施例では、図７に示すように、トレンチ２２の上部においてｙ方向に伸びる部分５２ａと、これに直交するようにｘ方向に伸びｙ方向に等間隔に配置される複数の部分５２ｂとにより構成される非コンタクト溝５２が形成される。非コンタクト溝５２の深さは、層間絶縁膜２８を貫通しない深さであり、後述する第１金属層４０の厚みより深い。
【００３３】
次に、図８、９に示すように、層間絶縁膜２８を部分的にエッチングすることによって、その表面から裏面まで貫通するコンタクト溝５０を形成する。コンタクト溝５０は、半導体基板１２と上部電極７０がコンタクトする領域に形成される。例えば、コンタクト溝５０の底面にボディ領域３２等が露出するように形成される。本実施例では、図９に示すように、ｙ方向に伸びる複数の部分５０ａと、ｘ方向に伸びる複数の部分５０ｂとにより構成されるコンタクト溝５０が形成される。
【００３４】
図９から明らかなように、平面視すると、コンタクト溝５０と非コンタクト溝５２は、格子状に形成される。別言すると、コンタクト溝５０と非コンタクト溝５２によって、層間絶縁膜２８の表面が複数の矩形領域２８ａに区画される。コンタクト溝５０と非コンタクト溝５２は、それぞれが隣接する点において段差を有して接続されている。
【００３５】
次に、図１０に示すように、スパッタリングによって、層間絶縁膜２８の表面と、コンタクト溝５０の内面と、非コンタクト溝５２の内面に第１金属層４０を形成する。第１金属層４０を構成するＴｉ層とＴｉＮ層を順に成長させる。第１金属層４０の厚みは、非コンタクト溝５２の深さ（層間絶縁膜の表面から非コンタクト溝の底面までの距離）よりも薄い。第１金属層４０の厚みが薄いので、コンタクト溝５０及び非コンタクト溝５２の内面にも好適に第１金属層４０が成長する。
【００３６】
次に、図１１に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって、第１金属層４０の表面に、コンタクト溝５０内を満たすように第２金属層４２を形成する。詳細には、第２金属層４２は、コンタクト溝５０内、非コンタクト溝５２内及び層間絶縁膜２８の表面に成長する。なお、第２金属層４２を形成する際には、第１金属層４０によって、第２金属層４２を構成している元素（すなわち、タングステン）が半導体基板１２に拡散することが防止される。これにより、半導体基板１２のコンタクト部分に欠陥等が形成されることが防止される。
【００３７】
次に、図１２に示すように、コンタクト溝５０内の第２金属層４２が残存するように、第２金属層４２をエッチングする。ここでは、層間絶縁膜２８の上部の第２金属層４２を除去し、コンタクト溝５０内及び非コンタクト溝５２内に第２金属層４２を残存させる。より詳細には、コンタクト溝５０内に残存する第２金属層４２の表面が第１金属層４０の表面と略一致するように、エッチングを行う。
【００３８】
次に、層間絶縁膜２８上の第１金属層４０の表面と、コンタクト溝５０内及び非コンタクト溝５２内の第２金属層４２の表面に上部電極７０を形成する。次に、半導体基板１２の裏面１２ｂにｎ型不純物を注入して、ドレイン領域３４を形成する。次に、半導体基板１２の裏面に下部電極８０を形成する。以上の工程によって、図２に示すＭＯＳＦＥＴ１０が完成する。
【００３９】
従来の半導体装置（すなわち、非コンタクト溝を有さない半導体装置）では、半導体基板と上部電極がコンタクトしない領域においては、層間絶縁膜の表面が広くなっている。このため、当該領域において第２金属層の異常成長が生じた場合、異常成長物が大きなサイズとなる。したがって、エッチング量を規定することが困難となり、異常成長物をエッチングしきれない場合には半導体装置の信頼性に影響する。しかしながら、本実施例の製造方法では、半導体基板１２と上部電極７０がコンタクトしない領域に非コンタクト溝５２を形成する工程を備えている。そして、コンタクト溝５０と非コンタクト溝５２によって層間絶縁膜２８の表面が複数の矩形領域２８ａに区画されている。このため、その後の第２金属層４２の形成の際に、第２金属層４２の異常成長が生じた場合でも、その成長を矩形領域２８ａ内に留めることができる。矩形領域２８ａの面積を調節することで、異常成長物の成長サイズを一定の大きさに管理することができる。このため、第２金属層４２のエッチング量を、矩形領域２８ａに対する異常成長物の最大成長サイズをエッチング可能な量に調整することで、層間絶縁膜２８上の第２金属層４２を確実に除去することができる。すなわち、第２金属層４２のエッチング量の規定を簡易とすることができる。
【００４０】
なお、上述した実施例では、非コンタクト溝５２を形成する工程と、コンタクト溝５０を形成する工程を別々に実施する例を記載したが、これらを一工程で同時に形成してもよい。非コンタクト溝５２とコンタクト溝５０を同時に形成するには、例えば、非コンタクト溝５２の幅をコンタクト溝５０の幅よりも狭くすることにより、非コンタクト溝５２のエッチングレートをコンタクト溝５０のエッチングレートより遅くする。これにより、コンタクト溝５０より浅い非コンタクト溝５２をコンタクト溝５０と同時に形成することができる。非コンタクト溝５２は、上部電極７０と半導体基板１２のコンタクトに寄与しないため、非コンタクト溝５２の幅を狭く形成しても半導体装置の性能に影響しない。
【００４１】
また、第２金属層４２をエッチングする工程において、非コンタクト溝５２内の第２金属層４２を除去するようにしてもよい。また、同工程において、コンタクト溝５０内以外（層間絶縁膜２８の表面及び非コンタクト溝５２の内面）の第１金属層４０を同時に除去してもよい。
【００４２】
また、領域２８ａの形状は矩形に限られない。コンタクト溝５０及び非コンタクト溝５２のパターンを適宜変更して、領域２８ａを多角形状、円形状等に形成してもよい。
【００４３】
また、領域２８ａの面内における最大長さは、上部電極７０の厚み以下であってもよい。この構成によると、第２金属層４２の異常成長物が領域２８ａにおける最大サイズとなっても、上部電極７０により覆うことができる。
【００４４】
また、上述した実施例では、ＭＯＳＦＥＴについて説明したが、ＩＧＢＴの製造工程において本明細書に開示の技術を適用してもよい。上述した実施例において、ｎ型のドレイン領域に代えてｐ型のコレクタ領域を形成することで、ＩＧＢＴを得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、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、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０：ＭＯＳＦＥＴ
１２：半導体基板
１２ａ：表面
１２ｂ：裏面
２２：トレンチ
２４：ゲート絶縁膜
２６：ゲート電極
２８：層間絶縁膜
２８ａ：矩形領域
３０：ソース領域
３２：ボディ領域
３３：ドリフト領域
３４：ドレイン領域
４０：第１金属層
４２：第２金属層
５０：コンタクト溝
５２：非コンタクト溝
７０：上部電極
８０：下部電極
【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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