(57)【要約】【課題】信頼性の高いアルミニウムシリコン電極部を形成する技術を提供する。【解決手段】半導体装置１は、半導体基板２と、半導体基板２の一方の主面を被覆しており、半導体基板２の一方の主面に向けて先細りとなるテーパ状のコンタクトホール３ａが形成されている絶縁膜３と、コンタクトホール３ａ内に充填されており、半導体基板２の一方の主面に接するアルミニウムシリコン電極部４と、絶縁膜３上に配設されている配線７と、コンタクトホール３ａ内に充填されており、アルミニウムシリコン電極部４と配線７の間に設けられているタングステン電極部６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面を被覆しており、前記半導体基板の前記一方の主面に向けて先細りとなるテーパ状のコンタクトホールが形成されている絶縁膜と、
前記コンタクトホール内に充填されており、前記半導体基板の前記一方の主面に接するアルミニウムシリコン電極部と、
前記絶縁膜上に配設されている配線と、
前記コンタクトホール内に充填されており、前記アルミニウムシリコン電極部と前記配線の間に設けられているタングステン電極部と、を備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、半導体基板、半導体基板の一方の主面を被覆する絶縁膜、及び、絶縁膜上に配設されている配線を備える。半導体基板には、ｎ型及びｐ型の半導体領域等で構成される回路素子が形成されている。このような回路素子を構成する半導体領域と絶縁膜上に配設されている配線を電気的に接続するために、金属電極を充填するコンタクトホールが絶縁膜に形成されることがあり、このような技術の一例が特許文献１に開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３５０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属電極の材料としてアルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）が知られている。アルミニウムシリコンは、半導体基板の材料に応じて、ショットキー電極又はオーミック電極として利用される。このようなアルミニウムシリコンをコンタクトホールに充填しようとした場合、以下のような問題がある。アルミニウムシリコンは、埋込み性が悪いという特性を有する。このため、アルミニウムシリコンは、コンタクトホールに隙間なく充填することが困難である。また、アルミニウムシリコンは、金属材料として比較的に柔らかいという特性を有する。このため、配線でクラックが生じた場合、そのクラックがコンタクトホールに充填されたアルミニウムシリコンを貫通して半導体基板に到達する可能性がある。本明細書は、上記課題を解決することを目的としており、信頼性の高いアルミニウムシリコン電極部を形成する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板、絶縁膜、アルミニウムシリコン電極部、配線及びタングステン電極部を備える。絶縁膜は、半導体基板の一方の主面を被覆しており、半導体基板の一方の主面に向けて先細りとなるテーパ状のコンタクトホールが形成されている。アルミニウムシリコン電極部は、コンタクトホール内に充填されており、半導体基板の一方の主面に接する。配線は、絶縁膜上に配設されている。タングステン電極部は、コンタクトホール内に充填されており、アルミニウムシリコン電極部と配線の間に設けられている。
【０００６】
上記半導体装置では、絶縁膜に形成されているコンタクトホールが、テーパ状の形態を有する。このため、アルミニウムシリコン電極部は、コンタクトホール内に良好に充填される。さらに、上記半導体装置では、アルミニウムシリコン電極部と配線の間にタングステン電極部が設けられている。タングステンは、アルミニウムシリコンよりも固いという特性を有する。このため、配線でクラックが生じたとしても、そのクラックの進行がタングステン電極部で止められるので、半導体基板にクラックが到達することが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体装置１の要部断面図を模式的に示す。
【図２Ａ】半導体装置１の製造過程の要部断面図を模式的に示す。
【図２Ｂ】半導体装置１の製造過程の要部断面図を模式的に示す。
【図２Ｃ】半導体装置１の製造過程の要部断面図を模式的に示す。
【図２Ｄ】半導体装置１の製造過程の要部断面図を模式的に示す。
【図２Ｅ】半導体装置１の製造過程の要部断面図を模式的に示す。
【図２Ｆ】半導体装置１の製造過程の要部断面図を模式的に示す。
【図３】半導体装置１０の要部断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示されるように、半導体装置１は、半導体基板２、絶縁膜３、アルミニウムシリコン電極部４、バリアメタル５、タングステン電極部６及び配線７を備える。
【０００９】
半導体基板２は、ｎ型及びｐ型の半導体領域等で構成される回路素子が形成されている。半導体基板２の材料は特に限定されるものではなく、また、回路素子の種類も特に限定されるものではない。この例では、半導体基板２の材料がシリコンであり、回路素子の種類がＩＧＢＴに内蔵するショットキーダイオードである。
【００１０】
絶縁膜３は、半導体基板２の表面を被膜しており、酸化シリコンである。絶縁膜３にはコンタクトホール３ａが形成されている。コンタクトホール３ａは、半導体基板２の表面に向けて先細りとなるテーパ状に形成されている。より具体的には、絶縁膜３のコンタクトホール３ａは、半導体基板２の表面に対して平行な面の断面積が半導体基板２の表面に近いほど減少するように構成されている。また、半導体基板２の表面に対して直交する方向から観測したとき（以下、「平面視したとき」という）の絶縁膜３のコンタクトホール３ａのレイアウトは、特に制限されるものではない。平面視したときの絶縁膜３のコンタクトホール３ａのレイアウトは、例えば、長手方向を有して伸びるライン形状、円形状、多角形状であってよい。
【００１１】
アルミニウムシリコン電極部４は、絶縁膜３のコンタクトホール３ａの下側部分に充填されており、半導体基板２の表面のｎ型半導体領域にショットキー接触する。
【００１２】
バリアメタル５は、アルミニウムシリコン電極部４とタングステン電極部６の間、タングステン電極部６と絶縁膜３の間、及び、配線７と絶縁膜３の間に設けられている。バリアメタル５は、バリアメタル５を超えて金属が拡散するのを抑制するために設けられている。バリアメタル５の材料は、金属拡散を抑制できる限りにおいて、特に制限されるものではない。この例では、バリアメタル５は、チタン（Ｔｉ）と窒化チタン（ＴｉＮ）の積層膜である。
【００１３】
タングステン電極部６は、絶縁膜３のコンタクトホール３ａの上側部分に充填されており、バリアメタル５を介してアルミニウムシリコン電極部４上に設けられている。換言すると、タングステン電極部６は、アルミニウムシリコン電極部４と配線７の間に設けられており、アルミニウムシリコン電極部４と配線７を分離する。
【００１４】
配線７は、バリアメタル５を介して絶縁膜３上に配設されている。配線７の材料は、特に限定されるものではない。この例では、配線７の材料は、アルミニウム又はアルミニウムシリコンである。
【００１５】
半導体装置１は、絶縁膜３のコンタクトホール３ａが半導体基板２の表面に向けて先細りとなるテーパ状に加工されていることを１つの特徴とする。このため、アルミニウムシリコン電極部４は、コンタクトホール３ａ内に隙間なく良好に充填されている。このため、アルミニウムシリコン電極部４と半導体基板２のショットキー特性が良好なものとなる。半導体装置１はさらに、絶縁膜３のコンタクトホール３ａ内にアルミニウムシリコン電極部４とタングステン電極部６の積層型の金属電極が充填されていることを特徴とする。タングステン電極部６は、アルミニウムシリコン電極部４よりも固い材料である。このため、配線７にクラックが生じたとしても、そのクラックの進行がタングステン電極部６で止められるので、半導体基板２にクラックが到達することが抑えられる。これにより、配線７にクラックが生じたとしても、アルミニウムシリコン電極部４と半導体基板２のショットキー特性が良好に維持される。このように、半導体装置１は、安定したショットキー特性を発揮する信頼性の高いアルミニウムシリコン電極部４を備えることができる。
【００１６】
次に、絶縁膜３のコンタクトホール３ａに金属電極を充填する製造工程を説明する。まず、図２Ａに示されるように、半導体基板２の表面を被膜する絶縁膜３にコンタクトホール３ａを形成する。コンタクトホール３ａは、半導体基板２の表面に向けて先細りとなるように加工される。
【００１７】
次に、図２Ｂに示されるように、スパッタリング法を利用して、アルミニウムシリコン電極部４を絶縁膜３のコンタクトホール３ａ内に充填するように成膜する。
【００１８】
次に、図２Ｃに示されるように、ドライエッチング法を利用して、アルミニウムシリコン電極部４が絶縁膜３のコンタクトホール３ａの下側部分に残存するように、アルミニウムシリコン電極部４の一部を除去する。絶縁膜３のコンタクトホール３ａの下側部分に残存するアルミニウムシリコン電極部４の厚みは、６００ｎｍ以上であるのが望ましい。
【００１９】
次に、図２Ｄに示されるように、スパッタリング法を利用して、アルミニウムシリコン電極部４及び絶縁膜３の上にチタンと窒化チタンの順で成膜することで、バリアメタル５を形成する。このとき、絶縁膜３のコンタクトホール３ａの側面に被膜されるバリアメタル５の膜厚がコンタクトホール３ａの入口に向けて増加するように、バリアメタル５を成膜する。望ましくは、絶縁膜３のコンタクトホール３ａの側面に被膜されるバリアメタル５の側面が半導体基板２の表面に対して直交する方向に延びるように、バリアメタル５を成膜する。
【００２０】
次に、図２Ｅに示されるように、ＣＶＤ法を利用して、バリアメタル５上にタングステン電極部６を成膜する。タングステン電極部６の成膜は、絶縁膜３のコンタクトホール３ａ内にタングステン電極部６が良好に充填されるように、シーム部６ａの深さが所定値になったときに終了となる条件で実施される。先の工程において、バリアメタル５の膜厚がコンタクトホール３ａの入口に向けて増加するように調整されることで、バリアメタル５の膜厚が調整されない場合に比して、絶縁膜３のコンタクトホール３ａの入口の開口幅が狭い。このため、シーム部６ａの深さが所定値になるときに絶縁膜３上に成膜されるタングステン電極部６の膜厚が、バリアメタル５の膜厚が調整されない場合に比して、薄くなる。このため、タングステン電極部６を成膜するときの原料の使用量を減らすことができる。
【００２１】
次に、図２Ｆに示されるように、ドライエッチング法を利用して、絶縁膜３上に成膜されているバリアメタル５が露出するまでタングステン電極部６をエッチバックする。これにより、タングステン電極部６は、絶縁膜３のコンタクトホール３ａの上側部分に残存する。
【００２２】
最後に、スパッタリング法を利用して、バリアメタル５及びタングステン電極部６の上に配線７を成膜する。これにより、図１に示す半導体装置１が完成する。このとき、アルミニウムシリコン電極部４に含まれるシリコンが、バリアメタル５のチタンに吸い寄せされる。例えば、アルミニウムシリコン電極部４の厚みが薄いと、アルミニウムシリコン電極部４が半導体基板２の表面と接する部分に含まれるシリコンが、バリアメタル５のチタンに吸い寄せられ、それに伴って、半導体基板２に含まれるシリコンがアルミニウムシリコン電極部４に移動し、この結果、半導体基板２の表面にアルミスパイクが生じることが懸念される。しかしながら、本実施形態では、アルミニウムシリコン電極部４の厚みが６００ｎｍ以上に調整されているので、アルミニウムシリコン電極部４と半導体基板２の接合部においてそのような現象が抑えられる。なお、バリアメタル５の材料にチタンを利用した場合は、アルミニウムシリコン電極部４の厚みを６００ｎｍ以上に調整するのが望ましいが、バリアメタル５の材料がチタンを含まない場合、アルミニウムシリコン電極部４の厚みは６００ｎｍよりも薄くてもよい。
【００２３】
図３に、変形例の半導体装置１０を示す。この半導体装置１０は、タングステン電極部６に対向する側のアルミニウムシリコン電極部４の表面が、凹形状に形成されていることを特徴とする。より具体的には、アルミニウムシリコン電極部４は、その膜厚が中心に近いほど薄くなるように構成されていることを特徴とする。このような形状のアルミニウムシリコン電極部４は、図２Ｃの工程において、ドライエッチング法に代えてウェットエッチング法を利用することで形成される。
【００２４】
絶縁膜３のコンタクトホール３ａ内にアルミニウムシリコン電極部４とタングステン電極部６の積層型の金属電極が充填される本実施形態の構造では、外部からの圧力が加わると、タングステン電極部６の角部（図中の破線部）において応力が集中する。変形例の半導体装置１０では、この部分のタングステン電極部６が９０度以上の鈍角を有するように構成されるので、応力集中を緩和することができる。これにより、絶縁膜３の破損等が抑えられ、半導体装置１０の信頼性が向上する。
【００２５】
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。また、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し得るものであり、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】
【００２６】
１，１０：半導体装置
２：半導体基板
３：絶縁膜
３ａ：コンタクトホール
４：アルミニウムシリコン電極部
５：バリアメタル
６：タングステン電極部
７：配線
【図１】
2017103372.tif 000003
【図２Ａ】
2017103372.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2017103372.tif 000006
【図２Ｄ】
2017103372.tif 000007
【図２Ｅ】
2017103372.tif 000008
【図２Ｆ】
2017103372.tif 000009
【図３】
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