(57)【要約】【課題】  第１絶縁層の劣化を抑制する。【解決手段】  半導体装置の製造方法であって、シリコン系半導体基板の表面の一部に第１絶縁層を形成する工程と、第１絶縁層上にポリシリコン層を形成する工程と、ポリシリコン層上にチタン系金属層を形成する工程と、チタン系金属層の表面とシリコン系半導体基板の表面を覆うと共にチタン系金属層の表面に達する第１コンタクトホールとシリコン系半導体基板の表面に達する第２コンタクトホールを備える第２絶縁層を形成する工程と、第１コンタクトホール内でチタン系金属層の表面を覆うとともに第２コンタクトホール内でシリコン系半導体基板の表面を覆うニッケル層を形成する工程と、シリコン系半導体基板を熱処理することによって第２コンタクトホール内にニッケル層とシリコン系半導体基板が反応したニッケルシリサイド層を形成する工程を有する。【選択図】図１
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【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、
シリコン系半導体基板の表面の一部に、第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層上に、ポリシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層上に、チタン系金属層を形成する工程と、
前記チタン系金属層の表面と前記シリコン系半導体基板の表面を覆い、前記チタン系金属層の表面に達する第１コンタクトホールと、前記シリコン系半導体基板の表面に達する第２コンタクトホールを備える第２絶縁層を形成する工程と、
前記第１コンタクトホール内で前記チタン系金属層の表面を覆い、前記第２コンタクトホール内で前記シリコン系半導体基板の表面を覆うニッケル層を形成する工程と、
前記シリコン系半導体基板を熱処理することによって、前記第２コンタクトホール内に、前記ニッケル層と前記シリコン系半導体基板が反応したニッケルシリサイド層を形成する工程、
を有する製造方法。
【請求項２】
半導体装置であって、
シリコン系半導体基板と、
前記シリコン系半導体基板の表面の一部に設けられた第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に設けられたポリシリコン層と、
前記ポリシリコン層上に設けられたチタン系金属層と、
前記チタン系金属層の表面と前記シリコン系半導体基板の表面を覆い、前記チタン系金属層の表面に達する第１コンタクトホールと、前記シリコン系半導体基板の表面に達する第２コンタクトホールを備える第２絶縁層と、
前記第２コンタクトホール内で前記シリコン系半導体基板の表面を覆うニッケルシリサイド層、
を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置とその製造方法に関する。
【０００２】
特許文献１には、ＳｉＣ基板上に第１絶縁層（例えば、ゲート絶縁層等）を設け、その第１絶縁層上にポリシリコン層が設けられた半導体装置が開示されている。ポリシリコン層とＳｉＣ基板の表面は第２絶縁層（層間絶縁層）によって覆われている。第２絶縁層は、ポリシリコン層の表面に達する第１コンタクトホールとＳｉＣ基板に達する第２コンタクトホールを備えている。各コンタクトホール内に、ポリシリコン層に接する電極層と、ＳｉＣ基板に接する電極層が設けられている。これらの電極層は、何れも、ニッケルとシリコンとの金属間化合物（ニッケルシリサイド）により構成されている。
【０００３】
この半導体装置の製造方法では、各コンタクトホール内にニッケル層を形成し、その後、ＳｉＣ基板を熱処理する。すると、第１コンタクトホール内でニッケル層とポリシリコン層の界面でニッケルシリサイド層が形成され、第２コンタクトホール内でニッケル層とＳｉＣ基板の界面でニッケルシリサイド層が形成される。この製造方法によれば、ポリシリコンに接するニッケルシリサイド層とＳｉＣ基板に対するニッケルシリサイド層を同時に形成することができる。第１コンタクトホール内でニッケルシリサイド層が形成されるときに、ニッケル層からポリシリコン層の内部にニッケル原子が拡散する。ポリシリコン層の内部に拡散したニッケル原子がポリシリコン層の下部の第１絶縁層に達すると、第１絶縁層の絶縁性が劣化する。特許文献１の技術では、第１コンタクトホールの直下の第１絶縁層を厚くすることで、第１絶縁層の劣化の影響を抑制している。また、ゲート絶縁層（第１絶縁層の薄い部分）と第１コンタクトホールの間の距離をニッケル原子の拡散長より大きくすることで、ゲート絶縁層の劣化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８８８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の製造方法では、ゲート絶縁層と第１コンタクトホールの間の距離を長くする必要があるので、半導体装置を小型化することが困難となる。
【０００６】
また、ポリシリコン層に接する電極層をＳｉＣ基板に接する電極層とは異なる材料（第１絶縁層の劣化を引き起こさない材料）により形成することで、第１絶縁層の劣化を抑制することができる。しかしながら、この場合、従来の製造方法では、第１コンタクトホールの形成、第１コンタクトホールの内部への電極層の形成、第２コンタクトホールの形成、及び、第２コンタクトホールの内部への電極層の形成をそれぞれ独立して実施する必要があり、半導体装置を効率的に製造することができない。
【０００７】
したがって、本明細書では、第１絶縁層の劣化を抑制することが可能な新たな技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、シリコン系半導体基板の表面の一部に第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層上にポリシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層上にチタン系金属層を形成する工程と、前記チタン系金属層の表面と前記シリコン系半導体基板の表面を覆うとともに前記チタン系金属層の表面に達する第１コンタクトホールと前記シリコン系半導体基板の表面に達する第２コンタクトホールを備える第２絶縁層を形成する工程と、前記第１コンタクトホール内で前記チタン系金属層の表面を覆うとともに前記第２コンタクトホール内で前記シリコン系半導体基板の表面を覆うニッケル層を形成する工程と、前記シリコン系半導体基板を熱処理することによって前記第２コンタクトホール内に前記ニッケル層と前記シリコン系半導体基板が反応したニッケルシリサイド層を形成する工程を有する。
【０００９】
なお、シリコン系半導体基板は、シリコンを含有する材料（例えば、シリコン単体やシリコン化合物）により構成された半導体基板を意味する。また、チタン系金属層は、チタンを含有する金属（例えば、チタン単体やチタン化合物）により構成された金属層を意味する。
【００１０】
この製造方法では、第２絶縁層の形成前に、ポリシリコン層上にチタン系金属層を形成する。その後、第１コンタクトホールと第２コンタクトホールを有する第２絶縁層を形成し、第１コンタクトホールと第２コンタクトホールの内部にニッケル層を形成する。次に、シリコン基板を熱処理する。すると、第２コンタクトホールの内部で、ニッケル層とシリコン系半導体基板が反応し、ニッケルシリサイド層が形成される。ニッケルシリサイド層は、シリコン系半導体基板に対して低抵抗で接触する。また、第１コンタクトホールの内部では、チタン系金属層によってニッケル層からポリシリコン層へニッケル原子が拡散することが抑制される。これによって、ニッケル原子が第１絶縁層に達することが抑制され、第１絶縁層の劣化が抑制される。また、この製造方法では、第１コンタクトホールの内部と第２コンタクトホールの内部にニッケル層を同時に形成することができる。すなわち、第１コンタクトホールと第２コンタクトホールを別工程で加工する必要が無い。したがって、半導体装置を効率的に製造することができる。また、この製造方法では、第１絶縁層が薄くても、第１絶縁層上に第１コンタクトホールを設けることができる。したがって、半導体装置を小型化することができる。
【００１１】
また、本明細書は、新たな半導体装置を提案する。この半導体装置は、シリコン系半導体基板と、前記シリコン系半導体基板の表面の一部に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられたポリシリコン層と、前記ポリシリコン層上に設けられたチタン系金属層と、前記チタン系金属層の表面と前記シリコン系半導体基板の表面を覆うとともに前記チタン系金属層の表面に達する第１コンタクトホールと前記シリコン系半導体基板の表面に達する第２コンタクトホールを備える第２絶縁層と、前記第２コンタクトホール内で前記シリコン系半導体基板の表面を覆うニッケルシリサイド層を有する。
【００１２】
この半導体装置は、上述した製造方法により製造することができる。したがって、第１絶縁層の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】半導体装置の断面図。
【図２】半導体装置の製造方法の説明図。
【図３】半導体装置の製造方法の説明図。
【図４】半導体装置の製造方法の説明図。
【図５】半導体装置の製造方法の説明図。
【図６】半導体装置の製造方法の説明図。
【図７】半導体装置の製造方法の説明図。
【図８】半導体装置の製造方法の説明図。
【図９】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１０】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１１】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１２】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１３】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１４】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１５】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１６】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１７】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１８】半導体装置の製造方法の説明図。
【図１９】変形例の半導体装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示す実施形態の半導体装置は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２は、ＳｉＣ（炭化シリコン）により構成されている。但し、半導体基板１２は、Ｓｉ（シリコン）等の他のシリコン系半導体により構成されていてもよい。図示していないが、半導体基板１２の内部には、ｎ型領域及びｐ型領域等によって構成された半導体素子（例えば、スイッチング素子）が設けられている。
【００１５】
半導体基板１２の上面１２ａには、酸化膜２０ａ、２０ｂが設けられている。酸化膜２０ａ、２０ｂは、酸化シリコンによって構成された絶縁層であり、上面１２ａの一部を覆っている。酸化膜２０ａ、２０ｂの厚みは略等しい。
【００１６】
酸化膜２０ａ上に、ポリシリコン層２２ａが設けられている。ポリシリコン層２２ａは、酸化膜２０ａによって半導体基板１２から絶縁されている。ポリシリコン層２２ａ上に、チタン系金属層２８ａが設けられている。チタン系金属層２８ａは、チタン層２４ａと窒化チタン層２６ａを有している。チタン層２４ａは、ポリシリコン層２２ａ上に設けられている。図示していないが、チタン層２４ａとポリシリコン層２２ａの界面には、チタンシリサイド層が形成されている。チタンシリサイド層を介して、チタン層２４ａはポリシリコン層２２ａにオーミック接触している。窒化チタン層２６ａは、チタン層２４ａ上に設けられている。酸化膜２０ａの下部の半導体基板１２中には、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）が形成されている。酸化膜２０ａはスイッチング素子のゲート絶縁膜として機能し、ポリシリコン層２２ａとチタン系金属層２８ａはスイッチング素子のゲート電極として機能する。チタン系金属層２８ａによって、ゲート電極が低抵抗化されている。
【００１７】
酸化膜２０ｂ上に、ポリシリコン層２２ｂが設けられている。ポリシリコン層２２ｂは、酸化膜２０ｂによって半導体基板１２から絶縁されている。ポリシリコン層２２ｂ上に、チタン系金属層２８ｂが設けられている。チタン系金属層２８ｂは、チタン層２４ｂと窒化チタン層２６ｂを有している。チタン層２４ｂは、ポリシリコン層２２ｂ上に設けられている。図示していないが、チタン層２４ｂとポリシリコン層２２ｂの界面には、チタンシリサイド層が形成されている。チタンシリサイド層を介して、チタン層２４ｂはポリシリコン層２２ｂにオーミック接触している。窒化チタン層２６ｂは、チタン層２４ｂ上に設けられている。ポリシリコン層２２ｂ及びチタン系金属層２８ｂは、図示しない位置で、ポリシリコン層２２ａ及びチタン系金属層２８ａ（すなわち、ゲート電極）に接続されている。ポリシリコン層２２ｂ及びチタン系金属層２８ｂは、ゲート電極に対する配線（いわゆる、ゲート配線）として機能する。チタン系金属層２８ｂによって、ゲート配線が低抵抗化されている。
【００１８】
チタン系金属層２８ａ、２８ｂの上面と半導体基板１２の上面１２ａは、層間絶縁層３４によって覆われている。層間絶縁層３４は、コンタクトホール３６ａ、３６ｂを有している。コンタクトホール３６ａは、酸化膜２０ａ、２０ｂが存在しない位置に設けられている。コンタクトホール３６ａは、層間絶縁層３４の上面から半導体基板１２の上面１２ａに達する位置まで伸びている。コンタクトホール３６ｂは、チタン系金属層２８ｂの上部に設けられている。コンタクトホール３６ｂは、層間絶縁層３４の上面からチタン系金属層２８ｂの上面に達する位置まで伸びている。
【００１９】
コンタクトホール３６ａの内部には、ニッケルシリサイド層３０とアルミニウム層３２ａが設けられている。ニッケルシリサイド層３０は、ニッケルとシリコンの合金（すなわち、ニッケルシリサイド）により構成されている。ニッケルシリサイド層３０は、コンタクトホール３６ａ内で半導体基板１２の上面１２ａを覆っている。ニッケルシリサイド層３０は、半導体基板１２に対してオーミック接触している。アルミニウム層３２ａは、ニッケルシリサイド層３０の上面を覆っている。ニッケルシリサイド層３０とアルミニウム層３２は、半導体基板１２の内部の半導体領域（例えば、ＭＯＳＦＥＴのソース領域等）に対する配線を構成している。
【００２０】
コンタクトホール３６ｂの内部には、アルミニウム層３２ｂが設けられている。アルミニウム層３２ｂは、コンタクトホール３６ｂ内で、チタン系金属層２８ｂの上面を覆っている。アルミニウム層３２ｂは、ゲート電極に対する配線を構成している。
【００２１】
次に、図１に示す半導体装置の製造方法について説明する。まず、図２に示す半導体基板１２を用意する。図示していないが、半導体基板１２の内部には、ｐ型領域及びｎ型領域が設けられている。
【００２２】
図３に示すように、半導体基板１２の上面１２ａ全体を覆うように酸化膜２０（酸化シリコンによって構成された絶縁層）を形成する。次に、図４に示すように、酸化膜２０の上面全体を覆うように、ポリシリコン層２２を形成する。次に、図５に示すように、ポリシリコン層２２の上面全体を覆うように、チタン系金属層２８を形成する。より詳細には、まず、ポリシリコン層２２上にチタン層２４を形成し、チタン層２４上に窒化チタン層２６を形成する。次に、図６に示すように、チタン系金属層２８上にマスク５０を形成する。マスク５０は、開口部を有している。次に、図７に示すように、マスク５０に覆われていない範囲で、チタン系金属層２８、ポリシリコン層２２及び酸化膜２０をエッチングによって除去する。マスク５０の下部には、チタン系金属層２８、ポリシリコン層２２及び酸化膜２０が残存する。これによって、チタン系金属層２８、ポリシリコン層２２及び酸化膜２０をパターニングする。その結果、図７に示すように、チタン系金属層２８ａ、２８ｂ、ポリシリコン層２２ａ、２２ｂ及び酸化膜２０ａ、２０ｂが形成される。その後、図８に示すように、マスク５０を除去する。
【００２３】
次に、図９に示すように、チタン系金属層２８ａ、２８ｂの上面と半導体基板１２の上面１２ａを覆うように、層間絶縁層３４を形成する。次に、図１０に示すように、層間絶縁層３４上に、マスク５２を形成する。ここでは、酸化膜２０ａ、２０ｂに覆われていない範囲の上面１２ａの上部にマスク５２の開口部を配置する。また、チタン系金属層２８ｂの上部にマスク５２の開口部を配置する。次に、図１１に示すように、エッチングによって、マスク５２の開口部内の層間絶縁層３４を除去する。これによって、層間絶縁層３４に、上面１２ａに達するコンタクトホール３６ａと、チタン系金属層２８ｂに達するコンタクトホール３６ｂを形成する。なお、図１１のエッチング時にチタン系金属層２８ｂもエッチングされるが、チタン系金属層２８はエッチング後に残存できる程度の十分な厚さを有している。その後、図１２に示すように、マスク５２を除去する。
【００２４】
次に、図１３に示すように、コンタクトホール３６ａ内の上面１２ａと、コンタクトホール３６ｂ内のチタン系金属層２８ｂの上面と、層間絶縁層３４の表面を覆うように、ニッケル層５４を形成する。次に、半導体基板１２を熱処理する。熱処理を行うと、コンタクトホール３６ａ内のニッケル層５４と半導体基板１２の界面において、ニッケル層５４中のニッケルと半導体基板１２中のシリコンが合金化する。これによって、図１４に示すように、コンタクトホール３６ａ内に、ニッケルシリサイド層３０が形成される。ニッケルシリサイド層３０は、半導体基板１２に対してオーミック接触する。他方、コンタクトホール３６ｂ内では、チタン系金属層２８ｂ（特に、窒化チタン層２６ｂ）によってニッケル層５４中のニッケル原子がポリシリコン層２２ｂ側へ拡散することが抑制される。したがって、ニッケル原子が酸化膜２０ｂに達することが抑制される。これによって、酸化膜２０ｂの劣化が抑制される。また、熱処理中に、チタン層２４ａ、２４ｂ中のチタンとポリシリコン層２２ａ、２２ｂ中のシリコンが合金化する。このため、図示していないが、チタン層２４ａ、２４ｂとポリシリコン層２２ａ、２２ｂとの界面に、チタンシリサイド層が形成される。したがって、チタン層２４ａ、２４ｂは、チタンシリサイド層を介してポリシリコン層２２ａ、２２ｂに対してオーミック接触する。
【００２５】
次に、図１５に示すように、合金化していないニッケル層５４をエッチングにより除去する。ここでは、ニッケルシリサイド層３０を残存させる。次に、図１６に示すように、コンタクトホール３６ａ内のニッケルシリサイド層３０の上面と、コンタクトホール３６ｂ内のチタン系金属層２８ｂの上面と、層間絶縁層３４の表面を覆うように、アルミニウム層３２を形成する。次に、図１７に示すようにアルミニウム層３２上にマスク５６を形成する。ここでは、コンタクトホール３６ａ、３６ｂの上部にマスク５６が配置され、その他の位置に開口部が配置されるようにマスク５６を形成する。次に、図１８に示すように、マスク５６に覆われていない範囲のアルミニウム層３２をエッチングにより除去する。マスク５６の下部（すなわち、コンタクトホール３６ａ、３６ｂ内）にアルミニウム層３２（すなわち、アルミニウム層３２ａ、３２ｂ）を残存させる。次に、マスク５６を除去することで、図１の構造が完成する。
【００２６】
以上に説明したように、この製造方法では、層間絶縁層３４を形成する前にポリシリコン層２２ｂの上面にチタン系金属層２８ｂを形成し、層間絶縁層３４とコンタクトホール３６ａ、３６ｂを形成した後にニッケル層５４を形成する。このため、図１４に示すように、熱処理時に、コンタクトホール３６ｂ内では、ポリシリコン層２２ｂとニッケル層５４の間にチタン系金属層２８ｂが存在する。したがって、チタン系金属層２８ｂによってニッケル層５４からポリシリコン層２２ｂへニッケル原子が拡散することが抑制され、酸化膜２０ｂの劣化が抑制される。したがって、酸化膜２０ｂが高い絶縁性を維持する。このため、薄い酸化膜２０ｂの上部にコンタクトホール３６ｂを設けても、酸化膜２０ｂの劣化の問題が生じない。したがって、薄い酸化膜２０ｂから離れた位置にコンタクトホールを設ける必要がなく、半導体装置の小型化が可能である。また、この製造方法では、コンタクトホール３６ａ、３６ｂを同時に形成することが可能である。また、コンタクトホール３６ａ、３６ｂを形成した以降は、コンタクトホール３６ａ側とコンタクトホール３６ｂ側とで共通の工程を実施することで、半導体装置を完成させることができる。すなわち、コンタクトホール３６ａ側とコンタクトホール３６ｂ側とでマスクを作り分ける必要が無い。このため、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。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、コンタクトホール３６ａ、３６ｂ内にアルミニウム層３２ａ、３２ｂが設けられていた。しかしながら、図１９に示すように、コンタクトホール３６ａ、３６ｂ内にタングステン層６０ａ、６０ｂを設け、タングステン層６０ａ、６０ｂ上にアルミニウム層３２ａ、３２ｂを設けてもよい。この場合、タングステン層６０ａ、６０ｂの密着性を向上させるために、コンタクトホール３６ａ、３６ｂの内面を覆う金属膜６２ａ、６２ｂ（例えば、窒化チタン膜）を設けることができる。
【００２８】
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】
【００２９】
１２  ：半導体基板
２０  ：酸化膜
２２  ：ポリシリコン層
２４  ：チタン層
２６  ：窒化チタン層
２８  ：チタン系金属層
３０  ：ニッケルシリサイド層
３２  ：アルミニウム層
３４  ：層間絶縁層
３６ａ：コンタクトホール
３６ｂ：コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019083293.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019083293.tif 000009
【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】
2019083293.tif 000014
【図１３】
2019083293.tif 000015
【図１４】
2019083293.tif 000016
【図１５】
2019083293.tif 000017
【図１６】
2019083293.tif 000018
【図１７】
2019083293.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2019083293.tif 000021