(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に絶縁膜を形成する第１工程と、
前記絶縁膜を深さ方向に貫通して前記半導体基板に達するコンタクトホールを形成する第２工程と、
前記絶縁膜の表面から前記半導体基板の前記コンタクトホールに露出する半導体部の表面にわたって、チタンからなる第１金属膜を形成する第３工程と、
スパッタリングにより、前記第１金属膜の表面に、窒化チタンからなる第２金属膜を形成する第４工程と、
熱処理により前記第１金属膜をシリサイド化する第５工程と、
前記第１金属膜および前記第２金属膜内に未反応のまま残るチタン原子をプラズマ窒化処理により窒化する第６工程と、
前記第５工程および前記第６工程の後、前記コンタクトホールの内部の前記第２金属膜の内側にタングステンからなるプラグを埋め込む第７工程と、
前記絶縁膜上の前記第２金属膜の表面から前記プラグの表面にわたってアルミニウムを主成分とする表面電極を形成する第８工程と、
を含み、
前記第５工程では、前記第１金属膜および前記第２金属膜内のチタン原子が前記絶縁膜内の酸素原子と反応しない温度で前記熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第６工程では、前記熱処理よりも低い温度で前記プラズマ窒化処理を行う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】
前記第５工程では、５００℃以上６５０℃以下の温度で前記熱処理を行う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】
前記第５工程では、前記熱処理として高速熱処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第３工程および前記第４工程は連続して行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程では、スパッタリングにより前記第１金属膜を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２工程の後、前記第３工程の前に、前記半導体部にトレンチを形成する工程をさらに含み、
前記第３工程では、前記絶縁膜の表面から前記トレンチの内壁にわたって前記第１金属膜を形成し、
前記第７工程では、前記コンタクトホールおよび前記トレンチの内部の前記第２金属膜の内側に前記プラグを埋め込むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板はシリコン基板であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板に形成したトレンチ内に電極を埋め込むことでトレンチの内壁に電極とのコンタクト（電気的接触部）を形成したトレンチコンタクトが公知である。半導体基板のおもて面側に形成したソース領域やゲート電極などの半導体部の一部と金属電極とのコンタクトをトレンチコンタクトとすることで、コンタクト面積が大きくなり低コンタクト抵抗化が可能となる。また、半導体部と金属電極とのコンタクトをトレンチコンタクトとすることで、コンタクト抵抗を増加させずに微細化が可能となる。従来のトレンチコンタクトを備えた半導体装置の製造方法について、基板おもて面上に層間絶縁膜を介して形成されるおもて面電極とのコンタクトをトレンチコンタクトとした半導体装置を例に説明する。図１４は、従来の半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【０００３】
まず、半導体基板のおもて面側に、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）のベース領域、ソース領域、およびゲート電極などおもて面素子構造を構成する所定の半導体領域を形成する。次に、半導体基板のおもて面上に層間絶縁膜を形成する（ステップＳ１０１）。層間絶縁膜としては、例えばＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）が用いられる。次に、エッチングにより層間絶縁膜を選択的に除去することで、深さ方向に層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する（ステップＳ１０２）。
【０００４】
次に、エッチングによりコンタクトホールに露出する半導体基板のおもて面側に形成したソース領域やゲート電極などの半導体領域（半導体部）の一部を除去して所定深さのトレンチを形成する（ステップＳ１０３）。次に、層間絶縁膜の表面からトレンチの内壁にわたって、コンタクトホールおよびトレンチの内壁に沿うように、バリアメタルとしてチタン（Ｔｉ）膜および窒化チタン（ＴｉＮ）膜を順に形成する（ステップＳ１０４）。次に、高速熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）による熱処理を行う（ステップＳ１０５）。次に、コンタクトホールおよびトレンチの内部の窒化チタン膜の内側に埋め込むようにタングステン（Ｗ）膜を形成する（ステップＳ１０６）。
【０００５】
次に、層間絶縁膜上の窒化チタン膜が露出されるまでタングステン膜をエッチバックする（ステップＳ１０７）。エッチバック後にコンタクトホールおよびトレンチの内部に残るタングステン膜がタングステンプラグとなる。次に、窒化チタン膜およびタングステンプラグの表面に、おもて面電極としてアルミニウム（Ａｌ）膜を形成する（ステップＳ１０８）ことで、従来の半導体装置が完成する。トレンチの内部に埋め込む金属材料には、埋め込み性の高いタングステンを用いることが一般的である。タングステンはシリコンとの密着性がよくないため、タングステンプラグと半導体領域との間にチタン膜および窒化チタン膜からなるバリアメタルが形成される。
【０００６】
ステップＳ１０５のＲＴＡによる熱処理を行う目的は、主に次の２点である。１つ目の目的は、チタン膜をシリサイド化して半導体領域とのオーミックコンタクトを形成し、コンタクト抵抗を低減させることである。２つめの目的は、窒素（Ｎ2）雰囲気で熱処理を行い、窒化チタン膜の形成時に窒化チタン膜内に未反応のまま残ったチタン原子（以下、未反応チタン原子とする）を窒化することによりバリアメタルの機能を向上させることである。このため、ステップＳ１０５のＲＴＡによる熱処理が十分に行われず未反応チタン原子の窒化が進まない場合、窒化チタン膜内に未反応チタン原子を残したままステップＳ１０６に進むこととなる。窒化チタン膜内の未反応チタン原子が残った部分はバリアメタルとして機能が低く、次の問題が生じる。
【０００７】
窒化チタン膜のバリアメタルとして機能が低下している場合、ステップＳ１０６においてタングステンプラグの形成に用いる原料（ＷＦ6）ガスに含まれるフッ素（Ｆ）原子が窒化チタン膜内に侵入し、さらに窒化チタン膜を突き抜けて下層のチタン膜に達してしまう。このフッ素原子がチタン膜内のチタン原子と反応して、トレンチの側面においてチタン膜と窒化チタン膜との間に隙間が生じ、チタン膜から窒化チタン膜が剥離する（以下、窒化チタン膜の剥離とする）ことでバリアメタルの機能がさらに低下する。このような問題を回避するために、ステップＳ１０５のＲＴＡによる熱処理を７００℃前後（６９０℃以上７５０℃以下程度）の高温度で行い、チタン膜をシリサイド化させるとともに、窒化チタン膜内の未反応チタン原子を窒化させて低減している。
【０００８】
一方、ステップＳ１０５のＲＴＡによる熱処理を７００℃程度の高温度で行った場合、層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性が低下するという新たな問題が生じる。層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性が低下した場合、おもて面電極にワイヤーを接合するワイヤーボンディング時にワイヤーに加わる荷重や超音波などにより層間絶縁膜からバリアメタルが剥がれて捲れあがってしまう（以下、バリアメタルの剥離とする）ことが発明者によって確認されている。ワイヤーボンディング時に層間絶縁膜から剥がれたバリアメタルはワイヤーとおもて面電極との接合部付近に寄り集まってしまい、層間絶縁膜とおもて面電極との間にバリアメタルが存在しない部分が生じる。このようなバリアメタルの剥離は、ＲＴＡによる熱処理の温度に依存し、ＲＴＡによる熱処理の温度が高くなるほど高い頻度で発生する傾向にある。
【０００９】
層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性が低下する理由は、次の理由によるものと推測される。ＲＴＡによる熱処理を７００℃程度の高温度で行った場合、バリアメタル内のチタン原子が層間絶縁膜内の酸素（Ｏ）原子と反応して層間絶縁膜内から酸素原子を引き抜き、化学的に安定な酸化チタン（ＴｉＯ2）を形成する。これによって、層間絶縁膜の、バリアメタルとの界面付近にシリコン原子の割合が多いシリコンリッチな脆弱領域が形成されるからである。層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性が低下した場合、上述したように層間絶縁膜からバリアメタルが剥離し、組立後に素子特性が変化して、設計仕様に基づく所定の素子特性が得られない虞がある。また、層間絶縁膜とおもて面電極との間のバリアメタルが形成されていない部分でバリアメタルによる効果を得られないため、例えば高温高湿試験において信頼性の基準を満たさない虞がある。
【００１０】
層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性を改善した半導体装置として、シリコン基板面に形成された層間絶縁膜上にチタン−シリコン（Ｔｉ−Ｓｉ）膜を形成し、さらにＴｉ−Ｓｉ膜上にチタン膜と窒化チタン膜とを順に形成したバリアメタルを積層し、バリアメタル上に電極配線を備えた装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。下記特許文献１では、層間絶縁膜とチタン膜との間にＴｉ−Ｓｉ膜を形成することで、バリアメタルのコンタクト抵抗を低減するための高温熱処理時、バリアメタルを構成する金属元素のチタンによって層間絶縁膜の界面近傍の組織が脆弱化されることを防止している。
【００１１】
コンタクトの形成方法として、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により層間絶縁膜上にチタン膜を形成した後、ＲＴＡによる熱処理によりチタンシリサイド膜を形成し、その後、ハロゲン化チタン化合物および窒化剤を含む混合ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により窒化チタン膜を形成する方法が提案されている（例えば、下記特許文献２（第００３３〜００３５段落）参照。）。下記特許文献２では、プラズマＣＶＤ法により窒化チタン膜を形成するときに、層間絶縁膜に接する未反応のままのチタン膜を窒素活性種と反応させて窒化することで窒化チタン膜に変化させている。
【００１２】
また、コンタクトの別の形成方法として、層間絶縁膜上にコンタクトホールの内壁に沿うようにチタン膜および窒化チタン膜を順に形成した後、窒素雰囲気で６５０℃のＲＴＡによる熱処理により、チタン膜の露出した部分を窒化して窒化チタン膜にする方法が提案されている（例えば、下記特許文献３（第０００７，０００９，００１５段落）参照。）。下記特許文献３では、タングステンプラグの形成前にチタン膜の露出した部分を窒化チタン膜に変化させることで、その後形成されるタングステンプラグの剥離を防止している。また、下記特許文献３には、チタン膜の露出した部分をプラズマ窒化処理により窒化する方法も提案されている。
【００１３】
また、コンタクトの別の形成方法として、コンタクトホールに露出する窒化チタン膜に接続するタングステンプラグをコンタクトホールに埋め込む前に、コンタクトホールの内壁に対してプラズマ窒化処理を行う方法が提案されている（例えば、下記特許文献４（第００３９〜００４５段落）参照。）。下記特許文献４では、タングステンプラグをコンタクトホールに埋め込む前に、基板温度３５０℃でプラズマ窒化処理を行い、コンタクトホールの内壁を窒化することでコンタクトホールの内壁の耐湿性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平６−３１４７２２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１２４４６号公報
【特許文献３】特開平１１−１４５０８５号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／１１０９８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記特許文献１では、Ｔｉ−Ｓｉ膜によって層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性を改善することができるが、Ｔｉ−Ｓｉ膜の形成工程と、Ｔｉ−Ｓｉ膜をパターニングするためのエッチング工程と、が追加されるため、製造工程が複雑となるという問題がある。また、上記特許文献２では、バリアメタルとなるチタン膜と窒化チタン膜とを連続して形成しておらず、チタン膜の形成と窒化チタン膜の形成との間にＲＴＡによる熱処理を行っているため、工程が複雑になるという問題がある。上記特許文献３，４では、熱処理温度が低いことで、チタン膜とシリコンのあいだでシリサイドが形成されず、コンタクト抵抗が上昇する虞がある。
【００１６】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、コンタクト抵抗を低減させることができるとともに、信頼性を向上させることができる半導体装置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】
【００１７】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、半導体基板の表面に絶縁膜を形成する第１工程を行う。次に、前記絶縁膜を深さ方向に貫通して前記半導体基板に達するコンタクトホールを形成する第２工程を行う。次に、前記絶縁膜の表面から前記半導体基板の前記コンタクトホールに露出する半導体部の表面にわたって、チタンからなる第１金属膜を形成する第３工程を行う。次に、スパッタリングにより、前記第１金属膜の表面に、窒化チタンからなる第２金属膜を形成する第４工程を行う。次に、熱処理により前記第１金属膜をシリサイド化する第５工程を行う。次に、前記第１金属膜および前記第２金属膜内に未反応のまま残るチタン原子をプラズマ窒化処理により窒化する第６工程を行う。次に、前記コンタクトホールの内部の前記第２金属膜の内側にタングステンからなるプラグを埋め込む第７工程を行う。次に、前記絶縁膜上の前記第２金属膜の表面から前記プラグの表面にわたってアルミニウムを主成分とする表面電極を形成する第８工程を行う。このとき、前記第５工程では、前記第１金属膜および前記第２金属膜内のチタン原子が前記絶縁膜内の酸素原子と反応しない温度で前記熱処理を行う。
【００１８】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第６工程では、前記熱処理よりも低い温度で前記プラズマ窒化処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第５工程では、５００℃以上６５０℃以下の温度で前記熱処理行うことを特徴とする。
【００２０】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第５工程では、前記熱処理として高速熱処理を行うことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程および前記第４工程は連続して行うことを特徴とする。
【００２２】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程では、スパッタリングにより前記第１金属膜を形成することを特徴とする。
【００２４】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程の後、前記第３工程の前に、前記半導体部にトレンチを形成する工程をさらに含む。そして、前記第３工程では、前記絶縁膜の表面から前記トレンチの内壁にわたって前記第１金属膜を形成する。前記第７工程では、前記コンタクトホールおよび前記トレンチの内部の前記第２金属膜の内側に前記プラグを埋め込むことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体基板はシリコン基板であることを特徴とする。
【００２６】
上述した発明によれば、プラズマ窒化処理を行うことで、バリアメタル（第１，２金属膜）内のチタン原子が絶縁膜内の酸素原子を引き抜かない程度に低い温度で熱処理を行うことができる。これにより、絶縁膜とバリアメタルとの密着性が低下することを回避することができる。また、第１，２金属膜の形成後に第１，２金属膜内に未反応のまま残ったチタン原子をプラズマ窒化処理で発生するラジカルにより窒化することができる。これにより、バリアメタルの機能が向上する。さらに、第１金属膜のシリサイド化が進行する程度に高い温度で熱処理を行うため、第１金属膜と半導体基板のおもて面側に形成したソース領域やゲート電極などの半導体領域とのコンタクト抵抗を低減させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、コンタクト抵抗を低減させることができるとともに、信頼性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図５】実施の形態１にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図６】実施の形態１にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図７】ＲＴＡによる熱処理における好適な温度範囲を示す図表である。
【図８】実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す断面図である。
【図９】実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１３】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法により作製（製造）される半導体装置の一例として、基板おもて面上に層間絶縁膜を介して形成されるおもて面電極とのコンタクトをトレンチコンタクトとする場合を例に説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す断面図である。図１に示す実施の形態１にかかる半導体装置は、半導体基板（半導体チップ）１に形成したトレンチ３内にバリアメタル６を介してプラグ（電極の取り出し部分）７を埋め込むことでトレンチ３の内壁におもて面電極８とのコンタクトを形成したトレンチコンタクトを備える。具体的には、例えばシリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板１のおもて面上には、ＢＰＳＧ等の層間絶縁膜（絶縁膜）２が設けられている。なお、半導体基板１は、半導体基板（出発基板）の上面に半導体層をエピタキシャル成長させたエピタキシャル基板でもよい。
【００３１】
深さ方向に層間絶縁膜２を貫通するコンタクトホール２ａが設けられている。コンタクトホール２ａには、例えばＭＯＳＦＥＴのベース領域、ソース領域、およびゲート電極など、半導体基板１のおもて面側に設けられた所定の半導体領域（不図示）が露出されている。また、半導体基板１のコンタクトホール２ａに露出される部分には、半導体基板１のおもて面から所定深さｄのトレンチ３が設けられている。層間絶縁膜２の表面からトレンチ３の内壁にわたって、コンタクトホール２ａおよびトレンチ３の内壁に沿うように、バリアメタル６が設けられている。バリアメタル６は、チタン（Ｔｉ）からなる第１金属膜４と、窒化チタン（ＴｉＮ）からなる第２金属膜５とが順に積層されている。
【００３２】
第１金属膜４は、例えばシリサイド化されており、半導体（シリコン）部とのオーミックコンタクトを形成する。第１金属膜４がトレンチ３の内壁に沿って形成されていることで、第１金属膜４と半導体領域とのオーミックコンタクトはトレンチコンタクトとなっている。このトレンチコンタクトは、例えば実施の形態１にかかる半導体装置が超接合（ＳＪ：Ｓｕｐｅｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）ＭＯＳＦＥＴである場合、単位セル（素子の機能単位）の微細化と、アバランシェ耐量の向上との両立に有用である。超接合とは、ドリフト層を、不純物濃度を高めたｎ型領域とｐ型領域とを基板おもて面に平行な方向（横方向）に交互に繰り返し配置した並列ｐｎ層とした構造である。
【００３３】
第１，２金属膜４，５は、電極（プラグ７およびおもて面電極８）から半導体基板１および層間絶縁膜２側への金属原子の拡散を防止したり、第２金属膜５または第１，２金属膜４，５を挟んで対向する領域間での相互反応を防止する機能を有する。コンタクトホール２ａおよびトレンチ３の内部には、バリアメタル６の内側に、例えばタングステン（Ｗ）からなるプラグ７が埋め込まれている。プラグ７から層間絶縁膜２上の第２金属膜５にわたって、プラグ７および第２金属膜５上におもて面電極８が設けられている。おもて面電極８は、例えば、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金などアルミニウムを主成分とする金属層である。例えば実施の形態１にかかる半導体装置がＭＯＳＦＥＴである場合、おもて面電極８はソース電極やソースパッドである。
【００３４】
特に限定しないが、例えば実施の形態１にかかる半導体装置が耐圧１００Ｖクラスである場合には、各部の寸法は次の値をとる。層間絶縁膜２の厚さｔ１は６０００Åである。トレンチ３の基板おもて面からの深さｄは０．５μｍである。トレンチ３の幅ｗは０．６μｍである。第１金属膜４の厚さｔ２は８００Åであり、第２金属膜５の厚さｔ３は１０００Åである。おもて面電極８の厚さｔ４は５μｍである。
【００３５】
次に、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について、トレンチコンタクトを備えたＭＯＳＦＥＴを作製する場合を例に説明する。図２は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。図３〜６は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、半導体基板１のおもて面側に、ベース領域やソース領域などおもて面素子構造を構成する所定の半導体領域（不図示）を形成する。次に、図３に示すように、半導体基板（半導体ウエハ）１のおもて面上に層間絶縁膜２を形成する（ステップＳ１）。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより層間絶縁膜２を選択的に除去してコンタクトホール２ａを形成し、コンタクトホール２ａに図示省略するベース領域やソース領域などの半導体領域を露出させる（ステップＳ２）。
【００３６】
次に、レジストマスクを除去した後、層間絶縁膜２をマスクとしてエッチングを行い、コンタクトホール２ａに露出する半導体領域を除去することで所定深さｄのトレンチ３を形成する（ステップＳ３）。ステップＳ３においては、例えば層間絶縁膜２の形成に用いた同一のレジストマスクをマスクとして半導体領域をエッチングしてもよい。次に、図４に示すように、スパッタリングにより、層間絶縁膜２の表面からトレンチ３の内壁にわたって、コンタクトホール２ａおよびトレンチ３の内壁に沿うように、バリアメタル６としてチタンからなる第１金属膜４および窒化チタンからなる第２金属膜５を順に成膜（形成）する（ステップＳ４）。このとき、第１，２金属膜４，５を同じスパッタリング装置を用いて連続して形成することで、工程を簡素化することができる。また、スパッタリング装置を用いることで、例えばプラズマＣＶＤ装置を用いる場合に比べて設備コストを低減させることができる。
【００３７】
次に、高速熱処理（ＲＴＡ）による熱処理を行う（ステップＳ５）。このＲＴＡによる熱処理は、第１金属膜４をシリサイド化して半導体領域とのコンタクト抵抗を低減可能な程度に高い温度で行う。かつ、このＲＴＡによる熱処理は、バリアメタル６内のチタン原子が層間絶縁膜２内の酸素（Ｏ）原子を引き抜かない、すなわちバリアメタル６内のチタン原子が層間絶縁膜２内の酸素原子と反応しない程度に低い温度で行う。具体的には、ＲＴＡによる熱処理の温度は、例えば５００℃以上６５０℃以下程度である。ＲＴＡによる熱処理の温度を５００℃以上程度とすることで第１金属膜４のシリサイド化が進み、コンタクト抵抗を低減させることができる。また、ＲＴＡによる熱処理の温度を６５０℃以下程度とすることで、バリアメタル６内のチタン原子により層間絶縁膜２内の酸素原子が引き抜かれないため、層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性が低下することを防止することができる。また、ＲＴＡによる熱処理の温度を従来（例えば６９０℃〜７５０℃）よりも低い温度で行うことで、おもて面電極８の強度を向上させることができる。これにより、実装工程においておもて面電極８に接合されるワイヤーの剥離を抑制することができる。より具体的には、ＲＴＡによる熱処理の条件は、例えば、窒素（Ｎ2）雰囲気において５００℃程度の温度で３０秒間程度としてもよい。
【００３８】
次に、窒素を含むガスを用いたプラズマ窒化（イオン窒化）処理により、第１，２金属膜４，５内に未反応のまま残るチタン原子（未反応チタン原子）を窒化させる（ステップＳ６）。このプラズマ窒化処理においては、放電処理炉内に発生させたグロー放電により窒素を含むガスをプラズマ化し、プラズマ中に形成されたラジカルによって第１，２金属膜４，５内の未反応チタン原子を窒化する。プラズマ窒化処理の条件は、半導体基板１の温度をステップＳ５のＲＴＡによる熱処理の温度以下とする。具体的には、プラズマ窒化処理の条件は、例えば、放電処理炉内の半導体基板１を載置するステージの温度（すなわち半導体基板１の温度）を３５０℃程度とし、放電処理炉内に導入する窒素ガスの流量を５００ｓｃｃｍ程度とし、処理時間を１５秒程度としてもよい。ステップＳ５のＲＴＡによる熱処理と、ステップＳ６のプラズマ窒化処理と、を入れ替えて行ってもよい。
【００３９】
次に、図５に示すように、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法により、コンタクトホール２ａおよびトレンチ３の内部の第２金属膜５の内側に埋め込むようにタングステン（Ｗ）膜１１を形成する（ステップＳ７）。ステップＳ７においては、層間絶縁膜２上にもバリアメタル６（第１金属膜４および第２金属膜５）を介してタングステン膜１１が形成される。次に、図６に示すように層間絶縁膜２上の第２金属膜５が露出されるまでタングステン膜１１をエッチバックする（ステップＳ８）。エッチバック後にコンタクトホール２ａおよびトレンチ３の内部に残るタングステン膜１１がプラグ７となる。次に、図１に示すように、例えばスパッタリングにより、第２金属膜５およびプラグ７の表面に、例えばアルミニウムを主成分とするおもて面電極８を形成する（ステップＳ９）。上記各ステップＳ１〜Ｓ９により、図１に示すトレンチコンタクトが完成する。
【００４０】
次に、ステップＳ５のＲＴＡによる熱処理の温度について検証した。図７は、ＲＴＡによる熱処理における好適な温度範囲を示す図表である。まず、上述した実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法にしたがい、ステップＳ５のＲＴＡによる熱処理の温度を種々変更して、複数の半導体装置（試料）を作製した。各試料において、ＲＴＡによる熱処理の温度以外の製造条件および各部の寸法は上記諸条件とした。そして、ワイヤーボンディング後に、各試料のコンタクト抵抗と、バリアメタル６の剥離の有無と、を確認した。その結果を図７に示す。コンタクト抵抗は、一般的な特性試験により測定した。図７では、コンタクト抵抗が低い場合を「低」とし、コンタクト抵抗が高い場合を「高」とした。コンタクト抵抗が低いとは、第１金属膜４と半導体領域とのコンタクト抵抗が例えば耐圧１００Ｖクラスの超接合ＭＯＳＦＥＴの所定のオン抵抗を実現可能な０．６５Ω・ｃｍ2以下である状態であり、コンタクト抵抗が高いとは０．６５Ω・ｃｍ2を超える状態である。バリアメタル６の剥離の有無は、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）によって試料の断面を観察し、層間絶縁膜２とバリアメタル６との界面において層間絶縁膜２からバリアメタル６が剥離しているか否かを確認した。図７では、バリアメタル６の剥離が生じている場合を「有」とし、バリアメタル６の剥離が生じていない場合を「無」とした。
【００４１】
図７に示すように、ＲＴＡによる熱処理の温度が４５０℃である場合、第１金属膜４がシリサイド化されない（窒化シリサイドが形成されない）ことで、第１金属膜４と半導体領域とのコンタクト抵抗が高いままの状態で維持されることが確認された。また、図示省略するが、ＲＴＡによる熱処理の温度が５００℃未満である場合、トレンチ３の側面において第１金属膜４から第２金属膜５が剥離（以下、第２金属膜５の剥離とする）することが発明者によって確認されている。一方、ＲＴＡによる熱処理の温度が５００℃以上である場合、第１金属膜４がシリサイド化され（窒化シリサイドが形成され）、第１金属膜４と半導体領域とのコンタクト抵抗を低減させることができることが確認された。しかし、ＲＴＡによる熱処理の温度が７００℃である場合、バリアメタル６の剥離が生じることが確認された。図示省略するが、従来技術におけるＲＴＡによる熱処理の温度範囲（６９０℃以上７５０℃以下程度）でバリアメタル６の剥離が発生し、ＲＴＡによる熱処理の温度を高くするほどバリアメタル６の剥離が発生する確率が高くなることが発明者によって確認されている。また、バリアメタル６の剥離が生じている場合、素子特性が変化して、所定の素子特性が得られないことが確認された。それに対して、ＲＴＡによる熱処理の温度が６５０℃以下である場合、バリアメタル６の剥離が生じないことが確認された。以上のことから、ＲＴＡによる熱処理の温度は５００℃以上６５０℃以下程度が好ましいことが確認された。また、本発明のＲＴＡによる熱処理の上記好適な温度範囲は従来技術よりも低温度であるが、本発明においてはＲＴＡによる熱処理に加えてさらにプラズマ窒化処理を行うことで、プラグ７の形成前に第１，２金属膜４，５内の未反応チタン原子が窒化されるため、第２金属膜５の剥離が生じないことが発明者によって確認されている。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法により作製（製造）される半導体装置の一例を説明する。図８は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す断面図である。実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法により作製される半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法により作製される半導体装置と異なる点は、半導体基板１にトレンチ３を形成しないことである。すなわち、コンタクトホール２ａには、半導体基板１のおもて面が露出される。
【００４３】
バリアメタル６は、層間絶縁膜２の表面からコンタクトホール２ａの内壁にわたって設けられている。バリアメタル６は、実施の形態１と同様に、チタン（Ｔｉ）からなる第１金属膜４と、窒化チタン（ＴｉＮ）からなる第２金属膜５とを順に積層する。コンタクトホール２ａ内において半導体基板１のおもて面（コンタクトホール２ａの底部）上にバリアメタル６が形成されることで、コンタクトホール２ａに露出する例えばＭＯＳＦＥＴのベース領域、ソース領域、およびゲート電極など、半導体基板１のおもて面側に設けられた所定の半導体領域（不図示）とバリアメタル６とが接続される。コンタクトホール２ａの内部には、バリアメタル６の内側に、例えばタングステン（Ｗ）からなるプラグ７が埋め込まれている。プラグ７から層間絶縁膜２上の第２金属膜５にわたって、プラグ７および第２金属膜５上におもて面電極８が設けられている。
【００４４】
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について、ＭＯＳＦＥＴを作製する場合を例に説明する。図９は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。図１０〜１３は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、図２に示すステップＳ３の処理（すなわち層間絶縁膜２をマスクとして行うエッチングにより、コンタクトホール２ａに露出する半導体領域を除去してトレンチを形成する工程）を行わないことである。
【００４５】
具体的には、まず、半導体基板１のおもて面側に、ベース領域やソース領域などおもて面素子構造を構成する所定の半導体領域（不図示）を形成する。次に、図１０に示すように、半導体基板（半導体ウエハ）１のおもて面上に層間絶縁膜２を形成する（ステップＳ１１）。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより層間絶縁膜２を選択的に除去してコンタクトホール２ａを形成し、コンタクトホール２ａにベース領域やソース領域を露出させる（ステップＳ１２）。次に、図１１に示すようにスパッタリングにより、層間絶縁膜２の表面からコンタクトホール２ａの内壁にわたってバリアメタル６としてチタンからなる第１金属膜４および窒化チタンからなる第２金属膜５を順に成膜（形成）する（ステップＳ１３）。次に、実施の形態１と同様に高速熱処理による熱処理（ステップＳ１４）と窒素を含むガスを用いたプラズマ窒化（イオン窒化）処理とにより、第１，２金属膜４，５内の未反応チタン原子を窒化させる（ステップＳ１５）。
【００４６】
次に、図１２に示すように、例えば化学気相成長法により、コンタクトホール２ａの内部の第２金属膜５の内側に埋め込むようにタングステン膜１１を形成する（ステップＳ１６）。次に、図１３に示すように層間絶縁膜２上の第２金属膜５が露出されるまでタングステン膜１１をエッチバックする（ステップＳ１７）。エッチバック後にコンタクトホール２ａの内部に残るタングステン膜１１がプラグ７となる。次に、例えばスパッタリングにより、第２金属膜５およびプラグ７の表面に、例えばアルミニウムを主成分とするおもて面電極８を形成する（ステップＳ１８）。上記各ステップＳ１１〜Ｓ１８により、図８に示すトレンチコンタクトが完成する。すなわち、実施の形態２のステップＳ１３〜Ｓ１８は、コンタクトホール２ａにトレンチを形成しない状態で行う実施の形態１のステップＳ４〜Ｓ９（図２参照）である。実施の形態２においても実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００４７】
以上、説明したように、各実施の形態によれば、バリアメタルである第１，２金属膜を形成した後、高速熱処理に加えてさらにプラズマ窒化処理を行うことで、バリアメタル内のチタン原子が層間絶縁膜内の酸素原子と反応して層間絶縁膜内から酸素原子を引き抜かない程度に低い温度で高速熱処理を行うことができる。これにより、層間絶縁膜とバリアメタルとの密着性が低下することを回避することができるため、後の実装工程においておもて面電極にワイヤーを接合するワイヤーボンディング時に層間絶縁膜からバリアメタルが剥がれることはない。このため、ワイヤーボンディング時に加わる荷重や超音波などの負荷に対する耐性を向上させることができる。また、バリアメタル内のチタン原子が層間絶縁膜内の酸素原子を引き抜かない程度に低い温度で高速熱処理を行ったとしても、第１，２金属膜内の未反応チタン原子をプラズマ窒化処理で発生するラジカルにより窒化することができる。これにより、バリアメタルの機能が向上するため、その後のプラグ形成時に原料ガスに含まれるフッ素原子が第２金属膜を突き抜けて第１金属膜に達することを防止することができる。これによって、第１，２金属膜間に隙間が生じることを回避することができるため、第１，２金属膜の界面において第１金属膜から第２金属膜が剥離することはない。このようにバリアメタルの剥離や第２金属膜の剥離を防止することができることで、組立後に素子特性が変化することを回避することができ、設計仕様に基づく所定の素子特性が得られるため、信頼性が向上する。さらに、第１金属膜のシリサイド化が進行する程度に高い温度で高速熱処理を行うため、第１金属膜と半導体領域とのコンタクト抵抗を低減させることができる。
【００４８】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施の形態では、超接合ＭＯＳＦＥＴを例に説明しているが、素子構造は設計仕様に応じて種々変更可能である。また、本発明は、トレンチコンタクトに限らず、上述した実施の形態においてトレンチを設けずに、コンタクトホールに露出する半導体基板のおもて面に沿ってバリアメタルが設けられている場合であっても同様の効果を奏する。また、上述した実施の形態において、耐圧や各部の寸法等は要求される仕様等に応じて種々設定される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、トレンチコンタクトを備えた半導体装置に有用であり、特に微細化された低耐圧の半導体装置に適している。
【符号の説明】
【００５０】
１  半導体基板
２  層間絶縁膜
２ａ  コンタクトホール
３  トレンチ
４  第１金属膜
５  第２金属膜
６  バリアメタル
７  プラグ
８  おもて面電極
ｄ  トレンチの深さ
ｔ１  層間絶縁膜の厚さ
ｔ２  第１金属膜の厚さ
ｔ３  第２金属膜の厚さ
ｔ４  おもて面電極の厚さ
ｗ  トレンチの幅
【図１】
0006507860.tif 000002
【図２】
0006507860.tif 000003
【図３】
0006507860.tif 000004
【図４】
0006507860.tif 000005
【図５】
0006507860.tif 000006
【図６】
0006507860.tif 000007
【図７】
0006507860.tif 000008
【図８】
0006507860.tif 000009
【図９】
0006507860.tif 000010
【図１０】
0006507860.tif 000011
【図１１】
0006507860.tif 000012
【図１２】
0006507860.tif 000013
【図１３】
0006507860.tif 000014
【図１４】
0006507860.tif 000015