半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供能降低接触电阻且能提高可靠性的半导体装置的制造方法。首先遍及层间绝缘膜(2)表面和形成于在接触孔(2a)露出的半导体部的沟槽(3)的内壁形成阻挡层金属(6)，进行基于RTA的热处理和等离子体氮化处理，之后在接触孔(2a)和沟槽(3)的内部的阻挡层金属(6)内侧埋设插塞(7)。基于RTA的热处理以500℃以上且650℃以下程度的温度进行。等离子体氮化处理以比基于RTA的热处理温度低的温度进行。阻挡层金属(6)依次形成由钛构成的第一金属膜(4)和由氮化钛构成的第二金属膜(5)。插塞(7)由钨构成。从层间绝缘膜(2)上的第二金属膜(5)的表面到插塞(7)的表面形成由铝构成的正面电极(8)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体装置的制造方法。
技术介绍
以往，已知有通过将电极埋设到形成于半导体基板的沟槽内而在沟槽的内壁形成与电极的接触(电接触部)的沟槽接触。通过使形成在半导体基板的正面侧的源区、栅极等半导体部的一部分与金属电极的接触为沟槽接触，从而接触面积变大，能够进行低接触电阻化。另外，通过将半导体部与金属电极的接触设为沟槽接触，从而能够在不增加接触电阻的情况下进行微细化。对于具备现有的沟槽接触的半导体装置的制造方法，以使与在基板正面上隔着层间绝缘膜而形成的正面电极的接触为沟槽接触的半导体装置为例进行说明。图14是表示现有的半导体装置的制造方法的概要的流程图。首先，在半导体基板的正面侧形成例如MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：绝缘栅型场效应晶体管)的基区、源区和栅极等构成正面元件结构的预定的半导体区域。接下来，在半导体基板的正面上形成层间绝缘膜(步骤S101)。作为层间绝缘膜，例如可以使用BPSG(Boro Phospho Silicate Glass：硼磷硅玻璃)。接着，通过利用蚀刻选择性地除去层间绝缘膜，从而形成在深度方向贯通层间绝缘膜的接触孔(步骤S102)。接下来，通过蚀刻除去在接触孔露出的形成在半导体基板的正面侧的源区、栅极等半导体区域(半导体部)的一部分而形成预定深度的沟槽(步骤S103)。接着，以从层间绝缘膜的表面遍及沟槽的内壁，并沿着接触孔和沟槽的内壁的方式依次形成作为阻挡层金属的钛(Ti)膜和氮化钛(TiN)膜(步骤S104)。接下来，进行基于高速热处理(RTA：Rapid Thermal Annealing)的热处理(步骤S105)。接着，以埋设到接触孔和沟槽的内部的氮化钛膜的内侧的方式形成钨(W)膜(步骤S106)。接下来，对钨膜进行蚀刻直到层间绝缘膜上的氮化钛膜被露出为止(步骤S107)。在蚀刻后残留在接触孔和沟槽的内部的钨膜成为钨插塞(Tungsten plug)。接着，通过在氮化钛膜和钨插塞的表面形成铝(Al)膜作为正面电极
(步骤S108)，从而完成现有的半导体装置。埋设到沟槽的内部的金属材料通常使用埋设性高的钨。由于钨与硅的密合性差，所以在钨插塞与半导体区域之间形成由钛膜和氮化钛膜构成的阻挡层金属。进行步骤S105的基于RTA的热处理的目的主要在于以下两点。第一个目的是使钛膜硅化而形成与半导体区域的欧姆接触，使接触电阻降低。第二个目的是通过在氮(N2)气氛中进行热处理，使在形成氮化钛膜时在氮化钛膜内未反应直接残留的钛原子(以下称为未反应钛原子)氮化而提高阻挡层金属的功能。因此，在没有充分进行步骤S105的基于RTA的热处理，未进行未反应钛原子的氮化的情况下，未反应钛原子直接残留在氮化钛膜内而进入步骤S106。氮化钛膜内的未反应钛原子残留的部分作为阻挡层金属而导致功能降低，产生如下问题。在作为氮化钛膜的阻挡层金属而功能降低的情况下，在步骤S106中，形成钨插塞所使用的原料(WF6)气体中所含的氟(F)原子侵入到氮化钛膜内，并且穿透氮化钛膜而到达下层的钛膜。由于该氟原子与钛膜内的钛原子反应，在沟槽的侧面的钛膜与氮化钛膜之间产生间隙，氮化钛膜从钛膜剥离(以下称为氮化钛膜的剥离)，因此阻挡层金属的功能进一步降低。为了避免这样的问题，在700℃左右(690℃以上且750℃以下的程度)的高温下进行步骤S105的基于RTA的热处理而使钛膜硅化，并且使氮化钛膜内的未反应钛原子氮化而将其降低。另一方面，在以700℃左右的高温进行步骤S105的基于RTA的热处理的情况下，会产生层间绝缘膜与阻挡层金属的密合性降低这样的新问题。专利技术人已确认了在层间绝缘膜与阻挡层金属的密合性降低的情况下，由于在将键合钱与正面电极接合的引线键合时施加到键合钱的负荷、超声波等会导致阻挡层金属从层间绝缘膜剥离而发生卷翘(以下称为阻挡层金属的剥离)。在进行引线键合时从层间绝缘膜剥离的阻挡层金属集中靠近到键合钱与正面电极的接合部附近，产生在层间绝缘膜与正面电极之间不存在阻挡层金属的部分。这样的阻挡层金属的剥离取决于基于RTA的热处理的温度，有基于RTA的热处理的温度越高，发生频率越高的趋势。层间绝缘膜与阻挡层金属的密合性降低的理由推测为如下。在700℃左右的高温下进行基于RTA的热处理的情况下，阻挡层金属内的钛原子与层间绝缘膜内的氧(O)原子反应而从层间绝缘膜内吸引氧原子，形成化学稳定
的氧化钛(TiO2)。这样，在层间绝缘膜的与阻挡层金属的界面附近会形成硅原子比例高的富含硅的脆弱区域。在层间绝缘膜与阻挡层金属的密合性降低的情况下，如上所述，可能导致阻挡层金属从层间绝缘膜剥离，在组装后元件特性发生变化，无法得到符合设计规格的预定的元件特性。另外，在没有形成层间绝缘膜与正面电极之间的阻挡层金属的部分得不到由阻挡层金属带来的效果，因此例如在高温高湿试验中有可能不符合可靠性的基准。作为改善了层间绝缘膜与阻挡层金属的密合性的半导体装置，提出了如下的装置，即在形成于硅基板表面的层间绝缘膜上形成钛-硅(Ti-Si)膜，并且在Ti-Si膜上层叠依次形成了钛膜与氮化钛膜的阻挡层金属，在阻挡层金属上具备电极布线的装置(例如，参照下述专利文献1)。在下述专利文献1中，通过在层间绝缘膜与钛膜之间形成Ti-Si膜，从而在进行用于降低阻挡层金属的接触电阻的高温热处理时，利用构成阻挡层金属的金属元素的钛防止与层间绝缘膜的界面附近的组织脆弱化。作为接触的形成方法，提出了如下方法：在层间绝缘膜形成接触孔，通过化学气相生长(CVD：Chemical Vapor Deposition)法在层间绝缘膜上形成钛膜之后，通过基于RTA的热处理形成钛硅化物膜，之后，使用包含卤化钛化合物和氮化剂的混合气体并通过等离子体CVD法形成氮化钛膜(例如，下述专利文献2(参照第0033～0035段))。在下述专利文献2中，在通过等离子体CVD法形成氮化钛膜时，通过使与层间绝缘膜接触的未反应直接残留的钛膜与氮活性物质反应而进行氮化，从而使其变化为氮化钛膜。另外，作为接触的另一形成方法，提出了如下方法：在层间绝缘膜上以沿着接触孔的内壁的方式依次形成钛膜和氮化钛膜之后，在氮气氛下通过650℃的基于RTA的热处理使钛膜的露出部分氮化而形成氮化钛膜(例如，参照下述专利文献3(第0007、0009、0015段))。在下述专利文献3中，通过在形成钨插塞前使钛膜的露出部分变化为氮化钛膜，从而防止之后形成的钨插塞的剥离。另外，在下述专利文献3中也提出了通过等离子体氮化处理使钛膜的露出部分氮化的方法。另外，作为接触的又一形成方法，提出了如下方法：在将连接到在接触孔露出的氮化钛膜连接的钨插塞埋设到接触孔之前，对接触孔的内壁进行等离子体氮化处理(例如，参照下述专利文献4(第0039～0045段))。在下述专利文献4中，通过在将钨插塞埋设到接触孔之前，在基板温度350℃下进
行等离子体氮化处理，使接触孔的内壁氮化，从而提高接触孔的内壁的耐湿性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平6-314722号公报专利文献2：日本特开平10-112446号公报专利文献3：日本特开平11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：第一工序，在半导体基板的表面形成绝缘膜；第二工序，形成沿深度方向贯通所述绝缘膜而到达所述半导体基板的接触孔；第三工序，遍及所述氧化膜的表面和所述半导体基板的露在所述接触孔的半导体部的表面，形成由钛构成的第一金属膜；第四工序，在所述第一金属膜的表面形成由氮化钛构成的第二金属膜；第五工序，通过热处理使所述第一金属膜硅化；第六工序，通过等离子体氮化处理使所述第一金属膜和所述第二金属膜内未反应而残留的钛原子氮化；第七工序，在所述第五工序和所述第六工序之后，在所述接触孔的内部的所述第二金属膜的内侧埋设由钨构成的插塞；以及第八工序，遍及所述绝缘膜上的所述第二金属膜的表面和所述插塞的表面，形成以铝为主要成分的表面电极，在所述第五工序中，以所述第一金属膜和所述第二金属膜内的钛原子与所述绝缘膜内的氧原子不发生反应的温度进行所述热处理。

【技术特征摘要】
2015.06.01 JP 2015-1117731.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：第一工序，在半导体基板的表面形成绝缘膜；第二工序，形成沿深度方向贯通所述绝缘膜而到达所述半导体基板的接触孔；第三工序，遍及所述氧化膜的表面和所述半导体基板的露在所述接触孔的半导体部的表面，形成由钛构成的第一金属膜；第四工序，在所述第一金属膜的表面形成由氮化钛构成的第二金属膜；第五工序，通过热处理使所述第一金属膜硅化；第六工序，通过等离子体氮化处理使所述第一金属膜和所述第二金属膜内未反应而残留的钛原子氮化；第七工序，在所述第五工序和所述第六工序之后，在所述接触孔的内部的所述第二金属膜的内侧埋设由钨构成的插塞；以及第八工序，遍及所述绝缘膜上的所述第二金属膜的表面和所述插塞的表面，形成以铝为主要成分的表面电极，在所述第五工序中，以所述第一金属膜和所述第二金属膜内的钛原子与所述绝缘膜内的氧原子不发生反应的温度进行所述热处理。2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述第六工序中，以比所述热处理的温度低的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口一哉，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP