JP2011129750A - Method of manufacturing high breakdown voltage semiconductor element and structure thereof - Google Patents

Method of manufacturing high breakdown voltage semiconductor element and structure thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2011129750A
JP2011129750A JP2009287547A JP2009287547A JP2011129750A JP 2011129750 A JP2011129750 A JP 2011129750A JP 2009287547 A JP2009287547 A JP 2009287547A JP 2009287547 A JP2009287547 A JP 2009287547A JP 2011129750 A JP2011129750 A JP 2011129750A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
interlayer insulating
forming
silicon oxide
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009287547A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Kuwano
聡 桑野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2009287547A priority Critical patent/JP2011129750A/en
Publication of JP2011129750A publication Critical patent/JP2011129750A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a high breakdown voltage semiconductor element which is improved in adhesion between an interlayer insulating film of the high breakdown voltage semiconductor element and a metal film formed on the interlayer insulating film, and a structure thereof. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the high breakdown voltage semiconductor element includes steps of forming an MOS 2 on the surface of a semiconductor substrate 1, forming an interlayer insulating film 3 on the semiconductor substrate having the MOS 2, forming a silicon film 4 on the interlayer insulating film, forming a silicon oxide film 5 by oxidizing the deposited silicon film 4 in an oxidizing atmosphere having a predetermined temperature, forming an opening which penetrates the silicon oxide film 5 and the interlayer insulating film 3, and making the metal film 6 adhere to the silicon oxide film and the interior of the opening and forming the electrode film 7 on the metal film 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高耐圧半導体素子の製造方法およびその構造に関し、特に、高耐圧半導体素子の層間絶縁膜とその上層に形成される金属膜との密着性を向上させた高耐圧半導体素子の製造方法及びその構造に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a high voltage semiconductor element and its structure, and more particularly to a method for manufacturing a high voltage semiconductor element having improved adhesion between an interlayer insulating film of the high voltage semiconductor element and a metal film formed thereon. And its structure.

スイッチング電源やインバータ装置などに使用される高耐圧半導体装置は、装置の高効率・小型化の要求に対して高速スイッチング特性や低オン電圧を実現すべく、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor )やSIT(Static Induction Thyristor)からさらにIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )へと改良が進んできた。これらの従来の素子では構造の最適化が精力的に進められている。   High voltage semiconductor devices used in switching power supplies, inverter devices, etc. are power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) to achieve high-speed switching characteristics and low on-voltage in response to demands for high efficiency and miniaturization of devices. Further improvements have been made from SIT (Static Induction Thyristor) to IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In these conventional devices, optimization of the structure is energetically advanced.

このような状況の中で、シリコン基板の上に層間絶縁膜(BPSG膜)等の酸化シリコン系絶縁膜を形成してAl系の電極配線を設ける構造において、絶縁膜と電極配線の界面に拡散バリア層、即ち、バリアメタル膜(金属膜)が積層されている。   In such a situation, in a structure in which a silicon oxide insulating film such as an interlayer insulating film (BPSG film) is formed on a silicon substrate and an Al-based electrode wiring is provided, diffusion occurs at the interface between the insulating film and the electrode wiring. A barrier layer, that is, a barrier metal film (metal film) is laminated.

しかし、このバリアメタル膜は、Ti膜とTiN膜との二重膜の構成を有するため、コンタクト抵抗を低減するための熱処理、あるいは、電極配線側のリードワイヤ等に対する熱、圧力、振動などの外力によって、BPSG膜とバリアメタル膜との界面近傍での剥離が発生する。   However, since this barrier metal film has a double film structure of a Ti film and a TiN film, heat treatment for reducing contact resistance, or heat, pressure, vibration, etc. on the lead wire on the electrode wiring side, etc. Due to the external force, peeling occurs near the interface between the BPSG film and the barrier metal film.

また、層間絶縁膜は、CVD等で形成されたことから、膜密度が低く、特に、BPSG膜の場合、その中に含まれる硼素、リンの不純物濃度が高い。そのため、上層に積層される金属膜との密着力が低くなる。この密着力が低いと、その後に行うダイシングあるいはボンディング等の工程で、物理的に力が加わると剥離が発生してしまう問題がある。   Further, since the interlayer insulating film is formed by CVD or the like, the film density is low. In particular, in the case of a BPSG film, the impurity concentration of boron and phosphorus contained therein is high. Therefore, the adhesive force with the metal film laminated | stacked on an upper layer becomes low. If this adhesion force is low, there is a problem that peeling occurs when a physical force is applied in a subsequent process such as dicing or bonding.

この結果、ボンディング不良、あるいは、ダイシングライン上のパターンが剥離したものが異物となり、製品の品質が低下する。
このため、この絶縁膜上のバリアメタル膜の密着性を向上させる必要から、例えば、特許文献1に開示されている半導体装置がある。
As a result, a defective bonding or a peeled pattern on the dicing line becomes a foreign substance, which deteriorates the quality of the product.
For this reason, there is a semiconductor device disclosed in Patent Document 1, for example, because it is necessary to improve the adhesion of the barrier metal film on the insulating film.

この半導体装置は、半導体基板上に酸化シリコン系絶縁膜と、この上に成膜された金属シリサイド膜と、さらに金属シリサイド膜上のバリアメタル膜と、その上に形成された電極配線とを備えている。そして、この金属シリサイド膜がTi−Si化合物膜であり、バリアメタル膜がTiN/Ti系膜あるいはTiN系膜のいずれか一方で構成されている。
このため、バリアメタル膜が、Ti−Si膜を間に介在させてBPSG膜に密着し、直接にBPSG膜に密着することがなくなるので、界面近傍での剥離を防止できるようになっている。
This semiconductor device includes a silicon oxide insulating film on a semiconductor substrate, a metal silicide film formed thereon, a barrier metal film on the metal silicide film, and an electrode wiring formed thereon. ing. The metal silicide film is a Ti-Si compound film, and the barrier metal film is formed of either a TiN / Ti film or a TiN film.
For this reason, the barrier metal film adheres to the BPSG film with the Ti-Si film interposed therebetween, and does not directly adhere to the BPSG film, so that peeling near the interface can be prevented.

また、特許文献2には、半導体装置の基板上に形成された孔や溝等の凹部にAl系金属よりなる薄膜をスパッタリング法で形成した後、高温高圧処理を施してAl系金属を凹部内に充填して半導体装置の配線を形成することによって、電気抵抗率が低く、膜の緻密性や絶縁膜との密着性を向上させたものが開示されている。   In Patent Document 2, a thin film made of an Al-based metal is formed by a sputtering method in a recess such as a hole or a groove formed on a substrate of a semiconductor device, and then a high-temperature and high-pressure treatment is performed to place the Al-based metal in the recess. In the semiconductor device, the wiring of the semiconductor device is filled and the electrical resistivity is low, and the denseness of the film and the adhesion with the insulating film are improved.

また、特許文献3には、バリア層の堆積前に、半導体素子の接着/層間領域を形成することによって、下地に誘電体に対するバリア層の接着性を改善した金属バリアを形成する方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a method of forming a metal barrier with improved adhesion of a barrier layer to a dielectric on a base by forming an adhesion / interlayer region of a semiconductor element before depositing the barrier layer. ing.

この方法では、半導体基板素子上に金属をスパッタリングする前に、半導体基板素子の誘電体層上に接着領域を形成するため、窒素プラズマまたは代わりにアルゴン及び窒素混合気の処理ガス・イオンを二酸化シリコン:窒素接着領域または中間層を誘電体層の表面に形成している。この処理ILDの薄い接着/層間領域は、接着界面として作用し、誘電体層の表面における接着機能の改善をもたらすことができる。   In this method, before sputtering metal on a semiconductor substrate element, a silicon plasma is used to form a bonding region on the dielectric layer of the semiconductor substrate element so that nitrogen plasma or alternatively a process gas ion of an argon and nitrogen mixture is mixed with silicon dioxide. : A nitrogen adhesion region or an intermediate layer is formed on the surface of the dielectric layer. The thin adhesion / interlayer region of this treated ILD can act as an adhesion interface, resulting in an improved adhesion function at the surface of the dielectric layer.

そして、接着/層間領域を形成した後、例えば、タンタル、チタン、またはタングステンのような耐熱金属のバリア層を、半導体基板素子の表面上にスパッタリングする。   Then, after forming the adhesion / interlayer region, a refractory metal barrier layer such as tantalum, titanium, or tungsten is sputtered onto the surface of the semiconductor substrate element.

この特許文献3の実施形態では、図2(a)に示すように、半導体基板素子の導電層402のインレイド相互接続構造400が、層間誘電体層(ILD)404を貫通して形成され、この層間誘電体層404は、エッチング等により、トレンチ408が形成され、このトレンチ内部には、ILD層402を貫通して導電層402に至る開口406が形成される。さらに、図2(b)に示すように、この誘電体層404の表面上に薄い接着/層間領域410が形成され、そして、その後、バリア層412が形成されている。   In the embodiment of Patent Document 3, an inlaid interconnect structure 400 of a conductive layer 402 of a semiconductor substrate element is formed through an interlayer dielectric layer (ILD) 404 as shown in FIG. The interlayer dielectric layer 404 has a trench 408 formed by etching or the like, and an opening 406 that penetrates the ILD layer 402 and reaches the conductive layer 402 is formed in the trench. Further, as shown in FIG. 2B, a thin adhesion / interlayer region 410 is formed on the surface of the dielectric layer 404, and then a barrier layer 412 is formed.

特開平06−314722号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-314722 特開2005−340640号公報JP 2005-340640 A 特開2001−230256号公報JP 2001-230256 A

従来の技術では、例えば、層間絶縁膜とバリアメタル膜との間にTi−Si膜を介在させて密着性を向上させているが、このようなTi−Si合金膜、即ち、シリサイド合金膜では、シリサイド膜の加工性により配線の信頼性の低下と、下層配線との電気的接続性の悪化をもたらす原因となる。   In the prior art, for example, a Ti—Si film is interposed between the interlayer insulating film and the barrier metal film to improve the adhesion, but such a Ti—Si alloy film, that is, a silicide alloy film, is used. The processability of the silicide film causes a decrease in wiring reliability and a deterioration in electrical connectivity with the lower layer wiring.

その理由は、金属シリサイドの加工は、ドライエッチングしにくい性質があり、除去すべき箇所に、この化合物が残留し、これらは導電性を有しており、配線等の信頼性を悪化させる可能性がある。   The reason is that the processing of metal silicide has the property that it is difficult to dry-etch, and this compound remains in the place to be removed, and these have conductivity, which may deteriorate the reliability of wiring etc. There is.

また、金属配線は、より下層の配線、あるいはシリコン基板等への電気的接合を必要とし、従来の方法では、それを阻害、或いは、より複雑なプロセスを選択する必要がある。例えば、シリコン基板への接合の場合、ショットキー接合とならないように、堆積したシリコン層に、P型半導体層上には、P型となる不純物(硼素等)を、N型半導体層上には、N型となる不純物(リン、砒素等)を予め導入する必要がある。
また、下層の金属配線との接合では、配線間にチタンシリサイド層を介するため、金属配線抵抗の上昇を招く。
In addition, the metal wiring needs to be electrically connected to a lower layer wiring or a silicon substrate. In the conventional method, it is necessary to obstruct or select a more complicated process. For example, in the case of bonding to a silicon substrate, an impurity that becomes P-type (boron or the like) is deposited on a deposited silicon layer, a P-type semiconductor layer, and an N-type semiconductor layer so as not to be a Schottky junction. N-type impurities (phosphorus, arsenic, etc.) must be introduced in advance.
Further, since the titanium silicide layer is interposed between the wirings at the junction with the lower metal wiring, the resistance of the metal wiring is increased.

また、層間絶縁膜は、一般的に、膜密度が低く、特にBPSG膜の場合、膜中に含まれる硼素、リンの不純物濃度が高いため、その上層に形成される金属膜との密着性が低い。さらに、層間絶縁膜等のCVDにより形成される酸化シリコン膜も膜密度が低い。   In addition, the interlayer insulating film generally has a low film density, and particularly in the case of a BPSG film, since the impurity concentration of boron and phosphorus contained in the film is high, the adhesion with the metal film formed thereover is high. Low. Further, a silicon oxide film formed by CVD such as an interlayer insulating film has a low film density.

このように密着力が低くなると、その後に行うダイジングあるいはボンディングの工程時に、酸化シリコン膜と金属膜とが剥離し、ボンディング不良、あるいはダイジングライン上のパターンが剥離した部分が異物となり、高耐圧半導体素子の品質が低下する。   When the adhesion is reduced in this way, the silicon oxide film and the metal film are peeled off during the subsequent dicing or bonding process, and the bonding failure or the part where the pattern on the dicing line is peeled off becomes a foreign substance, resulting in a high withstand voltage. The quality of the semiconductor element is degraded.

さらに、上述した特許文献3に開示する接着/層間領域の形成では、バリアメタル形成の装置内で連続的に処理が可能であるが、形成される接着/層間領域は、誘電体材料の相互拡散として形成されるから、導電性である可能性がある。また、上述したように、配線等の信頼性の問題となる。この発明は、密着性向上の効果も下地の再表面層の改質、あるいは、少量の堆積物による効果を期待したものであって、シリコン酸化膜との密着性が弱いタンタル(Ta)等の金属との密着性を良くしようとする試みの1つと考えられる。   Further, in the formation of the adhesion / interlayer region disclosed in Patent Document 3 described above, the processing can be continuously performed in the apparatus for forming the barrier metal, but the formed adhesion / interlayer region is interdiffusion of dielectric material. Therefore, it may be conductive. Further, as described above, it becomes a problem of reliability of wiring and the like. In the present invention, the effect of improving the adhesion is expected to be due to the modification of the resurface layer of the underlayer or the effect of a small amount of deposits, such as tantalum (Ta) having weak adhesion to the silicon oxide film. This is considered to be one of attempts to improve the adhesion to metal.

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、層間絶縁膜上に、一旦、成膜されたシリコン膜を酸化させることによって、その後の金属層及び電極を形成する処理工程で作用する力に対して高い密着性を保つ高耐圧半導体素子の製造方法及びその構造を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and acts on a subsequent processing step of forming a metal layer and an electrode by oxidizing a silicon film once formed on an interlayer insulating film. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high voltage semiconductor device that maintains high adhesion to force and a structure thereof.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の高耐圧半導体素子の製造方法は、
半導体基板の表面にMOS部を形成し、
このMOS部を有する前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜上にシリコン膜を形成し、
所定温度の酸化雰囲気内で、成膜した前記シリコン膜を酸化させて酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜及び前記層間絶縁膜を貫通する開口を形成し、
前記酸化シリコン膜上と前記開口内に金属膜を被着させ、かつ該金属膜の上層に電極膜を形成する、各工程を有することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a high voltage semiconductor device according to claim 1 comprises:
Forming a MOS part on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate having the MOS portion;
Forming a silicon film on the interlayer insulating film;
In a oxidizing atmosphere at a predetermined temperature, the silicon film formed is oxidized to form a silicon oxide film,
Forming an opening penetrating the silicon oxide film and the interlayer insulating film;
The method includes the steps of depositing a metal film on the silicon oxide film and in the opening and forming an electrode film on the metal film.

また、請求項2に記載の高耐圧半導体素子の製造方法は、
半導体基板の表面にプレーナ型またはトレンチ型のゲート構造を有するMOS部を形成し、
このMOS部を有する前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜上にCVDまたはスパッタリングにより、シリコン膜を形成し、
所定温度の酸化雰囲気内で、成膜した前記シリコン膜を酸化させて酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜及び前記層間絶縁膜を貫通する開口を形成し、
前記酸化シリコン膜上と前記開口内に金属膜を被着させ、かつ該金属膜の上層に電極膜を形成する、各工程を有することを特徴としている。
In addition, a method for manufacturing a high voltage semiconductor element according to claim 2 comprises:
Forming a MOS part having a planar or trench type gate structure on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate having the MOS portion;
A silicon film is formed on the interlayer insulating film by CVD or sputtering,
In a oxidizing atmosphere at a predetermined temperature, the silicon film formed is oxidized to form a silicon oxide film,
Forming an opening penetrating the silicon oxide film and the interlayer insulating film;
The method includes the steps of depositing a metal film on the silicon oxide film and in the opening and forming an electrode film on the metal film.

また、請求項3に記載の好ましい構成によれば、酸化雰囲気の所定温度は、少なくとも750℃以上であることを特徴とする。   According to a preferred configuration of claim 3, the predetermined temperature of the oxidizing atmosphere is at least 750 ° C. or higher.

請求項4に記載の構成によれば、金属膜は、窒化チタン、チタン、タンタル、窒化タンタル、窒化チタンとタンタルの積層膜(TiN/Ti)、窒化タンタルとチタンの積層膜(TaN/Ti)の群から選択されることを特徴とする。   According to the configuration described in claim 4, the metal film includes titanium nitride, titanium, tantalum, tantalum nitride, a laminated film of titanium nitride and tantalum (TiN / Ti), and a laminated film of tantalum nitride and titanium (TaN / Ti). It is selected from the group of.

さらに、請求項5に記載の高耐圧半導体素子の構造は、半導体基板の表面に形成されるプレーナ型またはトレンチ型のゲート構造を有するMOS部、
このMOS部を有する前記半導体基板上に形成される層間絶縁膜、
前記層間絶縁膜上に成膜したシリコン膜を所定温度の酸化雰囲気内で酸化して形成される酸化シリコン膜、
前記酸化シリコン膜及び前記層間絶縁膜を貫通する開口を形成し、前記酸化シリコン膜上と前記開口内に被着させた金属膜、及び、
該金属膜の上層に形成した電極膜を有することを特徴とする。
Furthermore, the structure of the high breakdown voltage semiconductor element according to claim 5 is a MOS part having a planar or trench type gate structure formed on the surface of a semiconductor substrate.
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate having the MOS portion;
A silicon oxide film formed by oxidizing a silicon film formed on the interlayer insulating film in an oxidizing atmosphere at a predetermined temperature;
Forming an opening penetrating the silicon oxide film and the interlayer insulating film, a metal film deposited on and in the silicon oxide film, and
It has an electrode film formed on the upper layer of the metal film.

請求項1の発明によれば、半導体基板上に形成された層間絶縁膜上にシリコン膜を成膜した後、このシリコン膜を酸化雰囲気内で酸化させることによって、膜密度が高く、かつ、不純物濃度が低い緻密な酸化シリコン膜が形成される。この結果、酸化シリコン膜と金属膜との接合面を高膜密度、低不純物濃度とすることにより、金属膜が下地と高い密着力を確保し、低密着力に起因する品質低下を防止することができる。   According to the first aspect of the present invention, after forming a silicon film on the interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, the silicon film is oxidized in an oxidizing atmosphere, so that the film density is high and the impurities are A dense silicon oxide film having a low concentration is formed. As a result, the bonding surface between the silicon oxide film and the metal film has a high film density and a low impurity concentration, so that the metal film secures a high adhesion to the base and prevents quality deterioration due to the low adhesion. Can do.

また、請求項2の発明によれば、トレーナゲート型またはトレンチゲート型のMOS構造の高耐圧半導体素子において、層間絶縁膜をCVDまたはスパッタリングによって、シリコン膜を形成し、酸化シリコン膜形成後の処理、即ち、ダイシング、ボンディングのような非常に大きな力に対して、剥がれずに金属膜との密着を保つことができ、シリコン酸化膜が破断する強度(1GPa程度)まで、密着力を向上させることができる。   According to a second aspect of the present invention, in the high breakdown voltage semiconductor device having a trainer gate type or trench gate type MOS structure, a silicon film is formed on the interlayer insulating film by CVD or sputtering, and a process after the silicon oxide film is formed. That is, it is possible to maintain adhesion to the metal film without peeling off against a very large force such as dicing or bonding, and to improve the adhesion to the strength (about 1 GPa) at which the silicon oxide film breaks. Can do.

請求項3の発明によれば、酸化雰囲気の所定温度は、従来のCVD法における400℃〜500℃程度の温度に比べて、少なくとも750℃以上の高温であり、成膜ガス成分が残留することなく、堆積したシリコンを酸化する過程において、シリコン構造の組み換えが行われ、結晶化が進み、膜密度の高いシリコン酸化膜を形成することができる。   According to the invention of claim 3, the predetermined temperature of the oxidizing atmosphere is at least 750 ° C. or higher as compared with the temperature of about 400 ° C. to 500 ° C. in the conventional CVD method, and the film forming gas component remains. In the process of oxidizing the deposited silicon, the silicon structure is recombined, the crystallization proceeds, and a silicon oxide film having a high film density can be formed.

請求項4の発明によれば、金属膜は、チタン、タンタル、及びそれらの化合物から選択でき、種々の金属膜を層間絶縁膜との接合に利用することができる。   According to the invention of claim 4, the metal film can be selected from titanium, tantalum, and compounds thereof, and various metal films can be used for bonding with the interlayer insulating film.

請求項5の発明によれば、層間絶縁膜上にシリコン膜を形成し、この成膜を酸化することにより酸化シリコン膜を形成して、層間絶縁膜と金属膜との間に結晶化された膜密度の高い絶縁膜を形成するので、金属膜との密着力を向上させた高耐圧半導体素子の構造とすることができ、また、金属膜とMOS部のトレンチゲートとの絶縁を目的とする層間絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。   According to the invention of claim 5, a silicon film is formed on the interlayer insulating film, and this film is oxidized to form a silicon oxide film, which is crystallized between the interlayer insulating film and the metal film. Since an insulating film having a high film density is formed, the structure of a high voltage semiconductor device with improved adhesion to the metal film can be obtained, and the purpose is to insulate the metal film from the trench gate of the MOS portion. The film thickness of the interlayer insulating film can be reduced.

本発明に係る実施形態の工程手順を示すもので、(a)は、シリコン膜の形成完了状態を示す断面図であり、(b)は、酸化雰囲気内で酸化シリコン膜を形成した状態を示す断面図であり、(c)は、バリアメタル及び電極膜の形成完了状態を示す断面図である。FIGS. 2A and 2B show a process procedure of an embodiment according to the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view showing a completed state of formation of a silicon film, and FIG. It is a sectional view, and (c) is a sectional view showing a completed state of barrier metal and electrode film formation. (a)は、従来例の相互接続構造における開口及びトレンチを形成した断面図であり、(b)は、接着/層間領域上に金属層を形成した相互接続構造の断面図である。(a) is a cross-sectional view in which an opening and a trench are formed in a conventional interconnect structure, and (b) is a cross-sectional view of an interconnect structure in which a metal layer is formed on an adhesion / interlayer region.

本発明は、高耐圧半導体素子の層間絶縁膜(BPSG等)上にCVD処理等でシリコン膜を形成し、この成膜されたシリコン膜を酸化して形成した酸化シリコン膜の上にバリアメタル膜(チタン/TiN)、電極膜(アルミニウム)を設けることを特徴としている。   In the present invention, a barrier metal film is formed on a silicon oxide film formed by forming a silicon film on an interlayer insulating film (such as BPSG) of a high voltage semiconductor element by a CVD process or the like and oxidizing the formed silicon film. (Titanium / TiN) and an electrode film (aluminum) are provided.

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の代表図を図1に示している。図1(a)〜(c)は、高耐圧半導体素子としての絶縁ゲートバイポーラトランジスタ10(IGBT)の製造工程の断面図であり、下層から順次、半導体基板1、MOS部2(トレンチゲート2’)、層間絶縁膜3、シリコン膜4、コンタクトパターンの各形成、酸化シリコン膜5、金属膜(バリアメタル膜)6、及び電極膜7の埋め込み完了までの手順を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
A representative view of the present invention is shown in FIG. FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of a manufacturing process of an insulated gate bipolar transistor 10 (IGBT) as a high breakdown voltage semiconductor element. The semiconductor substrate 1 and the MOS portion 2 (trench gate 2 ′) are sequentially formed from the lower layer. ), Formation of interlayer insulating film 3, silicon film 4, contact pattern, silicon oxide film 5, metal film (barrier metal film) 6, and electrode film 7 until the completion of filling.

図1(a)は、トレンチゲート2’、層間絶縁膜3の形成、及びシリコン膜4の形成の完了の状態を示している。
この工程では、まず、半導体基板1上に、例えば、プレーナゲート又はトレンチゲートのゲート構造を有するMOS部2を形成する。図1では、トレンチゲートを示している。
FIG. 1A shows a completed state of the formation of the trench gate 2 ′, the interlayer insulating film 3, and the formation of the silicon film 4.
In this step, first, the MOS portion 2 having a gate structure of, for example, a planar gate or a trench gate is formed on the semiconductor substrate 1. FIG. 1 shows a trench gate.

次に、半導体基板1上にシリコン酸化膜による層間絶縁膜3を形成する。この層間絶縁膜3は、半導体基板1と電極膜7を絶縁するためのものである。   Next, an interlayer insulating film 3 made of a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1. The interlayer insulating film 3 is for insulating the semiconductor substrate 1 and the electrode film 7.

この層間絶縁膜3の形成工程は、例えば、化学気相成長法(CVD)を用いた場合、成長温度450℃、SiH4/PH3/B36組成からなるガスを用い、B(ボロン)濃度=2.6%、P(リン)濃度=6.0%によって、5000Åの厚膜からなるBPSG膜が形成される。 For example, when the chemical vapor deposition method (CVD) is used, the interlayer insulating film 3 is formed by using a gas having a growth temperature of 450 ° C. and a composition of SiH 4 / PH 3 / B 3 H 6 and B (boron). ) When the concentration = 2.6% and the P (phosphorus) concentration = 6.0%, a BPSG film having a thickness of 5000 mm is formed.

この工程は、例えば、使用ガスとして、SiH4/N2O、圧力1.5トルにて、シリコン膜5を形成する。なお、上記実施形態では、CVD法を用いて、シリコン膜4を形成しているが、他の方法としてスパッタリング法により、シリコン膜4を形成することもできる。
上記層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、BSG、PSG、BPSGで形成される。これにより、層間絶縁膜を種々の特性を有する絶縁膜として構成することができる。
In this step, for example, the silicon film 5 is formed using SiH 4 / N 2 O and a pressure of 1.5 Torr as a working gas. In the above embodiment, the silicon film 4 is formed by using the CVD method, but the silicon film 4 can also be formed by the sputtering method as another method.
The interlayer insulating film is formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, BSG, PSG, or BPSG. Thus, the interlayer insulating film can be configured as an insulating film having various characteristics.

図1(b)は、図1(a)の後、少なくとも750℃以上の雰囲気、特に、酸素による雰囲気(O2)では、好ましくは、950℃以上の酸化雰囲気内で、先に形成したシリコン膜4を酸化して、酸化シリコン膜5を形成した状態を示している。 FIG. 1 (b) shows that silicon formed earlier after FIG. 1 (a) in an atmosphere of at least 750 ° C. or more, particularly an oxygen atmosphere (O 2 ), preferably in an oxidizing atmosphere of 950 ° C. or more. A state in which the film 4 is oxidized to form a silicon oxide film 5 is shown.

酸化雰囲気は、種々の形式があるが、設定温度は、例えば、酸素による雰囲気(O2)では、850℃以上、水素及び酸素の雰囲気(H2、2)では、750℃以上、オゾン雰囲気(O3)では、400℃以上である。 Oxidizing atmosphere, there are various types, set temperature, for example, in an atmosphere with oxygen (O 2), 850 ℃ above, an atmosphere of hydrogen and oxygen (H 2, O 2) at, 750 ° C. or higher, ozone atmosphere (O 3 ) is 400 ° C. or higher.

本発明の酸化雰囲気において、処理ガス及びシリコン膜の酸化形成における設定温度は、雰囲気の酸化力により、反応が進むのに必要な温度(エネルギー)が異なるため、酸化雰囲気により下限となる温度が異なる。
また、上限温度は、特に定めはないが、酸化処理装置およびその部品の劣化を早めることから、現在の設備では、一般的に1200℃以下となっている。
In the oxidizing atmosphere of the present invention, the set temperature in the oxidation formation of the processing gas and the silicon film differs depending on the oxidizing power of the atmosphere, so that the temperature (energy) required for the reaction to proceed is different, so the lower limit temperature differs depending on the oxidizing atmosphere. .
In addition, although the upper limit temperature is not particularly defined, it is generally 1200 ° C. or less in current facilities because it accelerates the deterioration of the oxidation treatment apparatus and its components.

形成される酸化シリコン膜5の膜厚は、例えば、BPSG膜のような不純物を多量に含む場合では、不純物の拡散防止のため、その後の熱履歴により変化する。例えば、950℃、60分の熱処理では、10nm以上必要となる。膜厚の上限は、特になく、適正な設定温度及び処理時間によって決定される。   The film thickness of the silicon oxide film 5 to be formed varies depending on the subsequent thermal history in order to prevent the diffusion of impurities when, for example, a large amount of impurities such as a BPSG film is included. For example, the heat treatment at 950 ° C. for 60 minutes requires 10 nm or more. The upper limit of the film thickness is not particularly limited, and is determined by an appropriate set temperature and processing time.

本発明は、酸化雰囲気内の設定温度がCVD法でシリコン酸化膜を形成する場合に比較して高温であり、酸化処理によって、シリコン膜をより密着性が高く結晶化した酸化シリコン膜を形成することができる。
また、本発明では、酸化シリコン膜は、層間絶縁膜(BPSG等)を同じ絶縁体で形成するため、従来の金属シリサイド合金膜のように、エッチング等の処理による除去すべき部分に導電物質等が残留することがなく、その後の配線の信頼性を保つことができる。
In the present invention, the set temperature in the oxidizing atmosphere is higher than that in the case where the silicon oxide film is formed by the CVD method, and the silicon oxide film obtained by crystallizing the silicon film with higher adhesion is formed by the oxidation treatment. be able to.
In the present invention, since the silicon oxide film is formed of the same insulator as the interlayer insulating film (BPSG or the like), a conductive material or the like is to be removed by a process such as etching, as in a conventional metal silicide alloy film. Therefore, the reliability of the subsequent wiring can be maintained.

図1(c)は、図1(b)の後、即ち、酸化シリコン膜5の形成後、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術を用いて、所望の部分の酸化シリコン膜5と層間絶縁膜3を貫通させて開口した後、金属膜6(バリアメタル、例えば、チタン/TiN)及び電極膜7(アルミニウム)を形成した状態を示している。
金属膜としては、窒化チタン、チタン、タンタル、窒化タンタル、窒化チタンとタンタルの積層膜(TiN/Ti)、窒化タンタルとチタンの積層膜(TaN/Ti)が選ばれる。
FIG. 1C shows a desired portion of the silicon oxide film 5 and the interlayer insulating film 3 after the formation of FIG. 1B, that is, after the formation of the silicon oxide film 5, using a photolithography technique and a dry etching technique. The figure shows a state where a metal film 6 (barrier metal, for example, titanium / TiN) and an electrode film 7 (aluminum) are formed after being opened through.
As the metal film, titanium nitride, titanium, tantalum, tantalum nitride, a laminated film of titanium nitride and tantalum (TiN / Ti), or a laminated film of tantalum nitride and titanium (TaN / Ti) is selected.

また、高耐圧MOS等の電極形成を行う方法として、スパッタリング法を用い、その電極膜7の構造として、以下の2つの構造が一般的である。   Further, as a method for forming an electrode such as a high voltage MOS, a sputtering method is used, and the following two structures are generally used as the structure of the electrode film 7.

(1)Al−Si(1%)単層構造
アルミニウム中に1重量パーセント程のシリコンを含ませ、過剰なシリコン中へのアルミニウム拡散を抑制しつつ良好なオーミック特性を得る。
(1) Al-Si (1%) single layer structure About 1 weight percent of silicon is contained in aluminum, and good ohmic characteristics are obtained while suppressing aluminum diffusion into excess silicon.

(2)Al/TiN/Ti積層構造
バリアメタルと呼ばれるTiN/Ti膜がシリコン中へのAl拡散を防止しかつ、チタンとシリコンの合金層を形成して良好なオーミック特性を得ている。
(2) Al / TiN / Ti laminated structure A TiN / Ti film called a barrier metal prevents Al diffusion into silicon and forms an alloy layer of titanium and silicon to obtain good ohmic characteristics.

スパッタ法による金属膜6と、酸化シリコン膜5との密着性は、密着力の高い化学結合と異なり、分子間力等による弱い結合である。特に、酸化膜がCVD膜のように膜密度の低いものであれば、密着力がさらに低くなる。   The adhesion between the metal film 6 by sputtering and the silicon oxide film 5 is a weak bond due to an intermolecular force or the like, unlike a chemical bond with a high adhesion. In particular, if the oxide film has a low film density such as a CVD film, the adhesion is further reduced.

しかし、本発明は、上記酸化雰囲気内で、層間絶縁膜3上に成膜したシリコン膜4を、酸化によって酸化シリコン膜5を形成したので、この酸化シリコン膜5と金属膜6との接合面で高い密着性を確保することができる。このため、この後、層間絶縁膜3への開口及び電極形成の際の処理、即ち、ダイシング、あるいはボンディングといった物理的に力が加わる後工程において、金属膜6の剥離を抑制し、品質の高い高耐圧半導体素子の構造を作ることができる。   However, according to the present invention, since the silicon oxide film 5 is formed by oxidizing the silicon film 4 formed on the interlayer insulating film 3 in the oxidizing atmosphere, the bonding surface between the silicon oxide film 5 and the metal film 6 is formed. High adhesion can be secured. For this reason, after that, in the subsequent process of applying physical force such as opening to the interlayer insulating film 3 and electrode formation, that is, dicing or bonding, peeling of the metal film 6 is suppressed, and the quality is high. A structure of a high voltage semiconductor element can be made.

本発明における製造工程の手順は、例えば、以下のようにして行う。
(a)半導体基板の表面にプレーナゲートまたはトレンチゲートのMOS構造を形成する。
(b)半導体基板と電極を絶縁する目的のシリコン酸化膜(層間絶縁膜)を形成する。
(c)層間絶縁膜上にCVDまたはスパッタリング等を用い、シリコン膜を形成する。
(d)950℃程度の雰囲気の温度で酸化雰囲気にて、先に形成したシリコン膜を酸化する。
(e)コンタクトパターンをフォト法を用いて形成し、エッチング法を用いて加工する。
(f)チタン及び窒化チタン膜(バリアメタル)を成膜する。
(g) スパッタリング等を用いてアルミ電極膜を成膜し(図1(c))、フォト、エッチング法を用いて配線をパターニングする。
(h) 配線工程が完了した後に、その表面を外的な損傷から保護するために被膜を形成するパッシベーション膜を成膜、加工する。
The procedure of the manufacturing process in the present invention is performed as follows, for example.
(a) A planar gate or trench gate MOS structure is formed on the surface of a semiconductor substrate.
(b) A silicon oxide film (interlayer insulating film) for the purpose of insulating the semiconductor substrate and the electrode is formed.
(c) A silicon film is formed on the interlayer insulating film using CVD or sputtering.
(d) The previously formed silicon film is oxidized in an oxidizing atmosphere at an ambient temperature of about 950.degree.
(e) A contact pattern is formed using a photo method and processed using an etching method.
(f) A titanium and titanium nitride film (barrier metal) is formed.
(g) An aluminum electrode film is formed by sputtering or the like (FIG. 1C), and wiring is patterned by using a photo and etching method.
(h) After the wiring process is completed, a passivation film for forming a film is formed and processed in order to protect the surface from external damage.

このような本発明の製造方法は、高耐圧半導体素子、特に絶縁ゲート方バイポーラトランジスタ(IGBT)及びパワーMOS、ならびにダイオードの電極下の絶縁膜形成方法として利用できる。   Such a manufacturing method of the present invention can be used as a method for forming an insulating film under a high-voltage semiconductor device, particularly an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a power MOS, and a diode electrode.

以上説明したように、本発明は、層間絶縁膜上にシリコン膜を形成し、このシリコン膜を酸化することにより、酸化シリコン膜を形成するので、従来のCVD法で層間絶縁膜上に直接シリコン酸化膜を形成する場合に比べ、酸化雰囲気内で酸化されて形成された酸化シリコン膜は、酸化の過程で、シリコン構造の組み換えが行われ、結晶化が進み、また、酸化雰囲気内でシリコン膜中の水素が酸素と反応して水蒸気として排出される。この結果、ほぼ結晶化された膜密度の高いシリコン酸化膜が形成できる。この膜密度の高さは、密着力の高さに直結するため、この点で優位となる。   As described above, according to the present invention, a silicon film is formed on an interlayer insulating film, and the silicon oxide film is formed by oxidizing the silicon film. Therefore, silicon is directly formed on the interlayer insulating film by a conventional CVD method. Compared with the case of forming an oxide film, a silicon oxide film formed by oxidation in an oxidizing atmosphere undergoes recombination of the silicon structure during the oxidation process, crystallization proceeds, and the silicon film in the oxidizing atmosphere The hydrogen inside reacts with oxygen and is discharged as water vapor. As a result, a substantially crystallized silicon oxide film having a high film density can be formed. Since the high film density is directly linked to the high adhesion, this point is advantageous.

1:半導体基板、2:MOS部、3:層間絶縁膜、4:シリコン膜、5:酸化シリコン膜、6:金属膜(バリアメタル膜)、7:電極膜、10:IGBT、   1: Semiconductor substrate, 2: MOS part, 3: Interlayer insulating film, 4: Silicon film, 5: Silicon oxide film, 6: Metal film (barrier metal film), 7: Electrode film, 10: IGBT,

Claims (5)

半導体基板の表面にMOS部を形成し、
このMOS部を有する前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜上にシリコン膜を形成し、
所定温度の酸化雰囲気内で、成膜した前記シリコン膜を酸化させて酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜及び前記層間絶縁膜を貫通する開口を形成し、
前記酸化シリコン膜上と前記開口内に金属膜を被着させ、かつ該金属膜の上層に電極膜を形成する、各工程を有することを特徴とする高耐圧半導体素子の製造方法。
Forming a MOS part on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate having the MOS portion;
Forming a silicon film on the interlayer insulating film;
In a oxidizing atmosphere at a predetermined temperature, the silicon film formed is oxidized to form a silicon oxide film,
Forming an opening penetrating the silicon oxide film and the interlayer insulating film;
A method of manufacturing a high voltage semiconductor device, comprising: a step of depositing a metal film on the silicon oxide film and in the opening, and forming an electrode film on the metal film.
半導体基板の表面にプレーナ型またはトレンチ型のゲート構造を有するMOS部を形成し、
このMOS部を有する前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜上にCVDまたはスパッタリングにより、シリコン膜を形成し、
所定温度の酸化雰囲気内で、成膜した前記シリコン膜を酸化させて酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜及び前記層間絶縁膜を貫通する開口を形成し、
前記酸化シリコン膜上と前記開口内に金属膜を被着させ、かつ該金属膜の上層に電極膜を形成する、各工程を有することを特徴とする高耐圧半導体素子の製造方法。
Forming a MOS part having a planar or trench type gate structure on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate having the MOS portion;
A silicon film is formed on the interlayer insulating film by CVD or sputtering,
In a oxidizing atmosphere at a predetermined temperature, the silicon film formed is oxidized to form a silicon oxide film,
Forming an opening penetrating the silicon oxide film and the interlayer insulating film;
A method of manufacturing a high voltage semiconductor device, comprising: a step of depositing a metal film on the silicon oxide film and in the opening, and forming an electrode film on the metal film.
酸化雰囲気の所定温度は、少なくとも750℃以上の高温であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the predetermined temperature of the oxidizing atmosphere is a high temperature of at least 750 ° C. or more. 前記金属膜は、窒化チタン、チタン、タンタル、窒化タンタル、窒化チタンとタンタルの積層膜(TiN/Ti)、窒化タンタルとチタンの積層膜(TaN/Ti)の群から選択されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の製造方法。   The metal film is selected from the group consisting of titanium nitride, titanium, tantalum, tantalum nitride, a laminated film of titanium nitride and tantalum (TiN / Ti), and a laminated film of tantalum nitride and titanium (TaN / Ti). The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3. 半導体基板の表面に形成されるプレーナ型またはトレンチ型のゲート構造を有するMOS部、
このMOS部を有する前記半導体基板上に形成される層間絶縁膜、
前記層間絶縁膜上に成膜したシリコン膜を所定温度の酸化雰囲気内で酸化し、前記層間絶縁膜上に形成される酸化シリコン膜、
前記酸化シリコン膜及び前記層間絶縁膜を貫通する開口を形成し、前記酸化シリコン膜上と前記開口内に被着させた金属膜、及び、
該金属層の上層に形成した電極膜を有することを特徴とする高耐圧半導体素子の構造。
A MOS part having a planar or trench type gate structure formed on the surface of a semiconductor substrate;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate having the MOS portion;
A silicon oxide film formed on the interlayer insulating film by oxidizing the silicon film formed on the interlayer insulating film in an oxidizing atmosphere at a predetermined temperature;
Forming an opening penetrating the silicon oxide film and the interlayer insulating film, a metal film deposited on and in the silicon oxide film, and
A structure of a high voltage semiconductor element, comprising an electrode film formed on an upper layer of the metal layer.
JP2009287547A 2009-12-18 2009-12-18 Method of manufacturing high breakdown voltage semiconductor element and structure thereof Pending JP2011129750A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009287547A JP2011129750A (en) 2009-12-18 2009-12-18 Method of manufacturing high breakdown voltage semiconductor element and structure thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009287547A JP2011129750A (en) 2009-12-18 2009-12-18 Method of manufacturing high breakdown voltage semiconductor element and structure thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011129750A true JP2011129750A (en) 2011-06-30

Family

ID=44292018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009287547A Pending JP2011129750A (en) 2009-12-18 2009-12-18 Method of manufacturing high breakdown voltage semiconductor element and structure thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011129750A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014175471A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Sumitomo Electric Ind Ltd Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same
JPWO2017006711A1 (en) * 2015-07-07 2017-11-02 富士電機株式会社 Semiconductor device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014175471A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Sumitomo Electric Ind Ltd Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same
US9728607B2 (en) 2013-03-08 2017-08-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JPWO2017006711A1 (en) * 2015-07-07 2017-11-02 富士電機株式会社 Semiconductor device
US10186608B2 (en) 2015-07-07 2019-01-22 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7858519B2 (en) Integrated circuit and manufacturing method of copper germanide and copper silicide as copper capping layer
US20080042282A1 (en) Semiconductor integrated circuit device and a method of manufacturing the same
JP5889171B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5860580B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4676350B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004214566A (en) Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP2011129750A (en) Method of manufacturing high breakdown voltage semiconductor element and structure thereof
KR100973277B1 (en) Metal wiring of semiconductor device and method for forming the same
CN110896063B (en) Semiconductor device including metal adhesion and barrier structures and method of forming the same
US20090001577A1 (en) Metal line of semiconductor device with a triple layer diffusion barrier and method for forming the same
JP4173393B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US10453797B2 (en) Interconnection structures and fabrication methods thereof
KR100960929B1 (en) Metal wiring of semiconductor device and method of manufacturing the same
JP3998937B2 (en) Method for producing TaCN barrier layer in copper metallization process
US20140353675A1 (en) Electrode, mis semiconductor device and manufacturing method of electrode
KR101029105B1 (en) Metal wiring of semiconductor device and method for forming the same
KR100924555B1 (en) Metal wiring of semiconductor device and method for manufacturing the same
JPH09260376A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP2012039019A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR100421281B1 (en) Method for fabricating metal interconnection of semiconductor device
KR100526452B1 (en) Method for forming contact electrode of semiconductor device
KR101029106B1 (en) Metal wiring of semiconductor device and method for forming the same
KR100924557B1 (en) Metal wiring of semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH06120479A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
KR101029107B1 (en) Metal wiring of semiconductor device and method for forming the same