JP2010123866A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上又は基板の表面層に少なくとも2層の配線層を備え、前記2層の配線層の内、下層配線層がシリコンからなる際に、前記下層配線層と上層配線層間に炭化珪素層を備えたことを特徴とする半導体装置により上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
特開平9−213673号公報(特許文献2)、特開平7−153770号公報(特許文献3)、特開平7−153695号公報(特許文献4)では、上層配線層を堆積させる前に、フッ化水素(HF)ガスを上層配線層形成用の炉内へ導入し、導電領域上の自然酸化膜を除去している。
特開昭62−137849号公報(特許文献5)では、上層配線層を堆積させる前に、上層配線層形成用のCVD装置の反応室内にC3F8ガスを導入し加熱することで、導電領域上の自然酸化膜を除去している。
上記7件の技術とは概念が異なるが、特開平8−264453号公報(特許文献8)のように、導電領域表面の酸化を抑制すべく、低温(150℃以下)でシリコン基板を炉に搬送し、次いで炉内に不活性ガス雰囲気にした後に昇温して上層配線層を堆積させるという技術もある。
また、特許文献6及び7においても、上記と同様の問題に加え、前処理のための炉と上層配線層の堆積を行う炉との間に、大気から隔離してシリコン基板を搬送する機構が必要になる。そのため、製造装置が大型化、複雑化するという問題がある。
上記公報では、下層配線がシリコン基板の表面層に形成されていたが、基板上に形成されたシリコン層からなる下層配線においても、その表面に形成される自然酸化膜が導電性を疎外するため、自然酸化膜を除去することが望まれていた。
かくして本発明によれば、基板上又は基板の表面層に少なくとも2層の配線層を備え、前記2層の配線層の内、下層配線層がシリコンからなる際に、前記下層配線層と上層配線層間に炭化珪素層を備えたことを特徴とする半導体装置が提供される。
更に、本発明によれば、基板上又は基板の表面層に形成されたシリコンからなる下層配線層の上又は表面層に炭化珪素層を形成する工程と、前記炭化珪素層上に上層配線層を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
また、炭化珪素層の存在により自然酸化膜の成長を抑制できるため、自然酸化膜を除去する目的で面倒なメンテナンスが必要となる腐食ガスを使用しなくて済む。加えて、自然酸化膜の成長を抑制する目的で、ウエハを大気にさらさないような搬送機構を装置に持たせる必要もない。従って、製造装置が複雑化・大型化することもないので、製造コストが削減できる。
炭化珪素は、シリコンと同様に半導体材料の一つである。シリコンに比べると酸化されにくく、例えば、シリコンが400℃で熱酸化されるのに対し、炭化珪素は800℃以上にならないと酸化が進まない。また、炭化珪素の酸化速度もシリコンの1/10程度である。本発明では、これらの炭化珪素の性質を利用している。
下層配線層の表面をHF処理により前処理した後、上層配線層の製造装置内に入るまでの間に、下層配線層上には0.3〜0.4nm程度の自然酸化膜が成長する。更に、製造装置内に入ってから上層配線層が形成されるまでの間に、0.9〜1.2nm程度の自然酸化膜が成長する。炭化珪素層上には上記の性質から自然酸化膜が成長しにくいので、配線層間の自然酸化膜の成長を抑制できる。
上層配線層の材質は、下層配線層と接続することを所望する配線層であれば、特に限定されない。例えば、シリコンや、アルミニウム、銅等の金属や、チタン、タングステン等のシリサイド等が挙げられる。この内、上層配線層を形成する原子の下層のシリコン基板への拡散により生じる電流リークを抑制するのに要するスペースが小さい理由でシリコンが好ましい。シリコンは、単結晶でも、多結晶でも、アモルファスでもよいが、製造の容易性と導電性との兼ね合いから、多結晶であることが好ましい。
前者の場合、炭化珪素層に含まれる炭素が、1〜50atom%程度であることが、両配線層の良好な導通を確保する観点から好ましい。また、炭化珪素層の厚さは、5〜200nmであることが、両配線層の良好な導通を確保する観点から好ましい。
なお、炭化珪素層の表面の炭素濃度は、両配線層の良好な導通を確保する観点から、1×1019〜1×1022/cm3であることが好ましく、1×1020〜1×1022/cm3であることがより好ましい。
後者の炭化珪素層は、例えば、0.6〜12keVの加速エネルギーで下層配線層に炭素原子を注入することにより形成できる。好ましい加速エネルギーは、0.6〜5keVである。また、炭素原子のドーズ量は、3×1015〜3×1017/cm2であることが、上記好ましい不純物濃度を得られる観点から好ましい。より好ましいドーズ量は、3×1016〜3×1017/cm2である。
以下、実施の形態において、スタック型の高耐圧MOSトランジスタに本発明を適用した例を記載する。
実施の形態1を図1〜図3(e)を用いて説明する。図1は、実施の形態1の半導体装置の概略断面図であり、図2(a)〜図3(e)は、図1の半導体装置の製造方法の概略工程断面図である。
まず、シリコン基板01にトレンチ(例えば、深さ0.1〜1μm、幅0.07〜1μm)を掘り、絶縁物(例えば、酸化シリコン)を埋め込むことでSTI(Shallow Trench Isolation)層02を形成する(図2(a)参照)。STI層の代わりにLOCOS(Local Oxidation of Silicon)層を形成してもよい。
更に、シリコン酸化層(例えば、厚さ2〜50nm)とポリシリコン層(例えば、厚さ0.01〜1μm)を形成し、両層をエッチングによりパターンニングすることで、ゲート絶縁膜04とゲート電極(例えば、ゲート長0.03〜10μm、ゲート幅0.1〜100μm)05とを形成する(図2(c)参照)。
ここまでは従来技術によるMOSトランジスタ作製の工程と同じである。
続いて、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を行い、サイドウォール層06に穴を開けることでコンタクト部(例えば、幅0.03〜20μm、奥行0.1〜100μm)06aを形成する(図3(a)参照)。コンタクト部06a下部には、ドリフト層03が露出している。この後、エッチング後の残渣やレジスト除去のため、アッシングや硫酸処理を行ってもよい。
炭化珪素層07をイオン注入法で形成する場合は、炭素原子が質量数の小さい元素であることから、例えばピーク濃度位置を50nm以下にするためには、12keV以下と低い加速エネルギーで浅く注入することが望まれる。また、5nm以上にするためには、0.6keV以上で注入することが望まれる。更に、ドーズ量を3×1015〜3×1017/cm2の辺りに設定すると、1×1020〜1×1022/cm3のピーク濃度で炭素原子を含む炭化珪素層07が形成できる。
なお、炭化珪素層07上にある自然酸化膜は炭素原子をイオン注入をする前から存在している膜である。そのため、これをHF処理で除去して炭化珪素層07を剥き出しにした後は、炭化珪素の特性上、炭化珪素層07上には自然酸化膜が成長しにくい。また、LPCVD装置におけるポリシリコン層08の堆積時の温度は、一般的に600℃前後であり、シリコンが400℃以上で酸化が進むのに対し、炭化珪素は800℃以上にならないと酸化が進まない。しかも、炭化珪素の酸化速度は、シリコンの1/10程度である。これらのことを考慮すると、LPCVD装置内でも自然酸化膜の成長が抑制できることが分かる。以上により、本発明による炭化珪素層07形成の有効性は明らかである。
次いで、全面に絶縁層09を堆積し、サリサイド形成する部分のみの絶縁層09をエッチングして除去し、除去部にサリサイド層(自己整合シリサイド層、例えば、チタン、コバルト、白金、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、ニッケル等のシリサイド層、厚さ0.01〜1μm)10を形成する(図3(e)参照)。
02:STI層
03:ドリフト層
04:ゲート絶縁膜
05:ゲート電極
06:サイドウォール層
06a:コンタクト部
07:炭化珪素層
08:ポリシリコン層
09:絶縁層
10:サリサイド層
11:層間絶縁層
12:コンタクトプラグ
13:配線層
Claims (8)
- 基板上又は基板の表面層に少なくとも2層の配線層を備え、前記2層の配線層の内、下層配線層がシリコンからなる際に、前記下層配線層と上層配線層間に炭化珪素層を備えたことを特徴とする半導体装置。
- 前記炭化珪素層が、前記下層配線層の表面層に位置し、かつ下層配線層の表面から5〜50nmの位置に前記炭化珪素層を構成する炭素原子のピーク濃度位置を有する請求項1に記載の半導体装置。
- 前記炭化珪素層が、1×1020〜1×1022/cm3のピーク濃度で炭素原子を含む請求項2に記載の半導体装置。
- シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して位置するゲート電極と、前記ゲート電極下のシリコン基板の表面層に位置するチャネルと、前記チャネルをチャネル長方向に挟む一対のドリフト層と、前記一対のドリフト層のそれぞれの上に位置し、かつソース/ドレインとしてのシリコン層とを備え、
前記下層配線層が前記ドリフト層であり、前記上層配線層が前記ソース/ドレインであり、前記炭化珪素層が前記ドリフト層と前記ソース/ドレインとの間に位置する請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 基板上又は基板の表面層に形成されたシリコンからなる下層配線層の上又は表面層に炭化珪素層を形成する工程と、前記炭化珪素層上に上層配線層を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記炭化珪素層が、前記下層配線層の表面層に位置し、かつ0.6〜12keVの加速エネルギーで前記下層配線層に炭素原子を注入することにより形成される請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記炭化珪素層が、3×1015〜3×1017/cm2のドーズ量で炭素原子を注入することにより形成される請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して位置するゲート電極と、前記ゲート電極下のシリコン基板の表面層に位置するチャネルと、前記チャネルをチャネル長方向に挟む一対のドリフト層と、前記一対のドリフト層のそれぞれの上に位置し、かつソース/ドレインとしてのシリコン層とを備え、
前記下層配線層が前記ドリフト層であり、前記上層配線層が前記シリコン層であり、前記炭化珪素層が前記ドリフト層と前記ソース/ドレインとの間に位置し、
前記ドリフト層の表面層に炭化珪素層を形成する工程と、前記炭化珪素層上に前記ソース/ドレインを形成する工程とを備えた請求項5〜7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
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