WO2021215505A1 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • an insulating film is formed on the surface of the semiconductor layer having a trench, and a conductor is embedded in the trench.
  • the insulating film on the surface of the semiconductor layer adjacent to the trench is removed by etching to expose the surface of the semiconductor layer, and a Schottky junction is formed on the surface of the semiconductor layer.
  • a semiconductor device includes a semiconductor layer having a trench, an insulating film covering the inner surface of the trench, a conductor embedded in the trench covered with the insulating film, and the trench.
  • the VDD layer forming a Schottky junction with the surface of the adjacent semiconductor layer and the end surface of the VDD layer located above the upper end surface of the insulating film covering the inner wall surface of the trench are continuous to the upper end surface of the insulating film.
  • a metal layer for covering the metal layer is provided.
  • the metal layer has a metal element of the same type as the metal element constituting the silicide layer.
  • an insulating film is formed on the surface of a semiconductor layer having a trench, a conductor is embedded in the trench, and an insulating film on the surface of the semiconductor layer adjacent to the trench is formed.
  • This is a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor layer is exposed by removing it by etching to form a Schottky junction in the semiconductor layer. Then, in the etching, the upper end surface of the insulating film covering the inner wall surface of the trench is lowered from the surface of the semiconductor layer.
  • the metal layer In the formation of the Schottky junction, the metal layer is brought into contact with the surface of the semiconductor layer, and the metal layer is heat-treated to form a silicide layer by the reaction between the metal layer and the semiconductor layer.
  • the interface of the semiconductor layer is the Schottky junction.
  • a portion of the metal layer that covers at least the end surface of the silicide layer to the upper end surface of the insulating film is continuously left.
  • the semiconductor device A1 of the embodiment of the present disclosure includes a semiconductor layer 11 having a trench 10, an insulating film 12, a conductor 13, a silicide layer 14, and a metal layer 15. , A top electrode 16 is provided.
  • the insulating film 12 covers the inner surface 10a of the trench 10.
  • the conductor 13 is embedded in the trench 10 covered with the insulating film 12.
  • the silicide layer 14 forms a Schottky junction with the semiconductor layer surface 11a adjacent to the trench 10.
  • the metal layer 15 continuously covers from the end surface 14a of the silicide layer 14 located above the upper end surface 12a of the insulating film 12 covering the inner wall surface 10a1 of the trench 10 to the upper end surface 12a of the insulating film 12.
  • the conductor 13 for example, polysilicon may be applied.
  • the semiconductor layer 11 are silicon
  • the insulating film 12 is a silicon oxide film.
  • the top electrode 16 for example, aluminum is applied.
  • the silicide layer 14 is a silicide layer formed by the reaction between the semiconductor layer 11 and the metal layer 15.
  • nickel silicide may be applied.
  • the metal layer 15 covers the side surface 11b of the semiconductor layer 11 located above the upper end surface 12a of the insulating film 12. That is, the semiconductor layer surface 11a corresponding to the Schottky junction with the silicide layer 14 is located above the upper end surface 12a of the insulating film 12. Therefore, the side surface 11b of the semiconductor layer 11 continuous with the semiconductor layer surface 11a is located between the silicide layer 14 and the upper end surface 12a of the insulating film 12. If there is no metal layer 15, the side surface 11b of the semiconductor layer 11 comes into direct contact with the top electrode 16. Therefore, when a reverse voltage is applied, a current passing through the side surface 11b is generated, so that the leakage current becomes large.
  • the side surface 11b of the semiconductor layer 11 is covered with the metal layer 15. Therefore, the side surface 11b of the semiconductor layer 11 does not come into direct contact with the top surface electrode 16.
  • the metal layer 15 has a metal element of the same type as the metal element constituting the silicide layer 14 forming the Schottky junction.
  • the metal layer 15 which is the same kind of metal as the Schottky joint constituent metal has a protective effect. That is, the side surface 11b is isolated from the top electrode 16 such as aluminum by the metal layer 15. As a result, it is possible to suppress the generation of a current passing through the side surface 11b when a reverse voltage is applied, and to suppress the leakage current to a low level.
  • the upper surface electrode 16 is in contact with the upper surface of the VDD layer 14 via the opening of the metal layer 15. As a result, the VDD layer 14 forming the Schottky junction and the upper surface electrode 16 can be directly electrically connected.
  • the insulating film 12 of the semiconductor layer surface 11a adjacent to the trench 10 is removed by etching to expose the surface 11c of the semiconductor layer 11 as shown in FIG.
  • the insulating film 12 is overetched in order to sufficiently expose the semiconductor layer surface 11c.
  • the upper end surface 12a of the insulating film 12 covering the inner wall surface 10a1 of the trench 10 is etched deeper. That is, the upper end surface 12a of the insulating film 12 covering the inner wall surface 10a1 of the trench 10 is lowered from the semiconductor layer surface 11c. As shown in FIG. 4, the upper end surface 12a is located below the semiconductor layer surface 11c.
  • the insulating film on the semiconductor layer surface 11c is sufficiently removed.
  • the upper and lower sides are in the direction in which the trench 10 is dug down from the surface of the semiconductor layer 11 is downward, and vice versa. It does not mean the vertical direction (gravity direction) during use.
  • a metal layer 15 is formed on the semiconductor layer surface 11c, the upper end surface 12a of the insulating film 12, and the upper surface 13a of the conductor 13, and the metal layer 15 is brought into contact with the semiconductor layer surface 11c. Then, by heat-treating to form the silicide layer 14 by the reaction between the metal layer 15 and the semiconductor layer 11, as shown in FIG. 6, the interface between the silicide layer 14 and the semiconductor layer 11, that is, the semiconductor layer surface 11a is formed. Schottky joint is used.
  • the portion of the metal layer 15 that covers the upper surface of the silicide layer 14 is removed to form an opening. After that, the upper surface electrode 16 in contact with the upper surface of the silicide layer 14 is formed through the opening.
  • the metal layer 15 is also left on the upper surface 13a of the conductor 13, but this may be removed.
  • FIG. 7 and 8 show a semiconductor device B1 of a comparative example.
  • the semiconductor device B1 of the comparative example has no metal layer 15 as compared with the semiconductor device A1 of the present embodiment, and the upper surface electrode 16 is in contact with the silicide layer 14, the upper end surface 12a of the insulating film 12, and the upper surface 13a of the conductor 13. It differs only in that it does, and the others are common.
  • Such a semiconductor device B1 can be manufactured by removing all of the metal layer 15 before the upper surface electrode forming step, as compared with the manufacturing method of the present embodiment.
  • the semiconductor device A1 of the present embodiment and the semiconductor device B1 of the comparative example were simulated by designating common conditions, and the results were as shown in FIG. As shown in FIG. 9, the semiconductor device A1 of the present embodiment can suppress the reverse current to be lower than that of the semiconductor device B1 of the comparative example, and the reverse direction characteristics are improved. It was confirmed that the leakage current can be suppressed low by the protective effect of the metal layer 15 described above.
  • the leakage current at the edge of the Schottky junction can be suppressed low when a reverse voltage is applied due to the protection effect of the metal layer 15. Further, the insulating film on the surface 11c of the semiconductor layer is sufficiently removed, and the device characteristics are good. According to the above-mentioned manufacturing method of the embodiment of the present disclosure, it is possible to manufacture a semiconductor device capable of suppressing a low leakage current when a reverse voltage is applied due to the protective effect of the metal layer 15. Further, in the manufactured semiconductor device, the insulating film on the semiconductor layer surface 11c is sufficiently removed, and the device characteristics are good.
  • the metal layer 15 is opened on the VDD layer 14, and the VDD layer 14 and the upper surface electrode 16 are directly connected to each other.
  • a structure may be implemented in which the silicide layer 14 and the upper surface electrode 16 are electrically connected via the metal layer 15. In that case, the step of opening the metal layer 15 is unnecessary.
  • the side surface 11b of the semiconductor layer 11 is located between the silicide layer 14 and the upper end surface 12a of the insulating film 12.
  • the peripheral portion (from the end surface 14a to the upper end surface 12a) of the Schottky junction is formed by the metal layer 15. Covering it has the effect of suppressing leakage current.
  • the upper end surface 12a of the insulating film 12 may be at the same depth as or slightly above the semiconductor layer surface 11a, and the insulating film 12 may cover only the lower portion of the end surface 14a and not the upper portion.
  • the present disclosure is not limited to the case where the side surface 11b of the semiconductor layer 11 is located between the silicide layer 14 and the upper end surface 12a of the insulating film 12.
  • the side surface 11b of the semiconductor layer 11 is located between the silicide layer 14 and the upper end surface 12a of the insulating film 12.
  • the effect of suppressing the leak current is remarkable according to the present invention.
  • the ⁇ rice field In the above embodiment, the ⁇ rice field. However, it goes without saying that the same effect can be obtained even if the metal layer 15 is removed and then a metal layer made of the same kind of metal element is formed again to form the metal layer 15. However, according to the above embodiment, the number of steps is small, the production efficiency is good, and the metal layer for forming the silicide layer 14 is effectively used, so that the material is not wasted and it is economical.
  • the present disclosure can be used for semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices.

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Abstract

半導体装置Ａ１は、トレンチ１０を有した半導体層１１と、トレンチの内面１０ａを覆う絶縁膜１２と、絶縁膜１２で覆われたトレンチ内に埋設された導電体１３と、トレンチに隣接した半導体層表面１１ａとショットキー接合を形成するシリサイド層１４と、トレンチの内壁面１０ａ１を覆う絶縁膜の上端面１２ａより上に位置するシリサイド層の端面１４ａから当該絶縁膜の上端面までを連続して覆う金属層１５とを備える。金属層は、シリサイド層を構成する金属元素と同種の金属元素を有する。

Description

半導体装置及び半導体装置の製造方法
　本開示は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
　従来、特開平９-２３２５９７号公報にも記載されるようにショットキー接合を有した半導体デバイスの製造において、トレンチを有した半導体層表面に絶縁膜を形成し、トレンチ内に導電体を埋め込み、トレンチに隣接した半導体層表面の絶縁膜をエッチングにより除去して半導体層表面を露出させ、当該半導体層表面にショットキー接合を形成することが行われる。
　本開示の１つの態様の半導体装置は、トレンチを有した半導体層と、前記トレンチの内面を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜で覆われた前記トレンチ内に埋設された導電体と、前記トレンチに隣接した半導体層表面とショットキー接合を形成するシリサイド層と、前記トレンチの内壁面を覆う前記絶縁膜の上端面より上に位置する前記シリサイド層の端面から当該絶縁膜の上端面までを連続して覆う金属層と、を備える。そして、前記金属層は、前記シリサイド層を構成する金属元素と同種の金属元素を有する。
　本開示の１つの態様の半導体装置の製造方法は、トレンチを有した半導体層の表面に絶縁膜を形成し、当該トレンチ内に導電体を埋め込み、当該トレンチに隣接した半導体層表面の絶縁膜をエッチングにより除去して半導体層を露出させ、前記半導体層にショットキー接合を形成する半導体装置の製造方法である。そして、前記エッチングにおいては、前記トレンチの内壁面を覆う絶縁膜の上端面を、前記半導体層表面より下げる。前記ショットキー接合の形成においては、前記半導体層表面に金属層を接触させて形成し、熱処理して当該金属層と前記半導体層との反応によるシリサイド層を形成することで、当該シリサイド層と前記半導体層の界面を前記ショットキー接合とする。前記ショットキー接合の形成後、前記金属層の少なくとも前記シリサイド層の端面から当該絶縁膜の上端面までを覆う部分を連続して残す。
本開示の一実施形態に係る半導体装置を示す断面模式図である。 図１に対応した拡大図である。 図１に示す半導体装置の製造プロセスを説明するための断面模式図である。 図３に続く製造プロセスを説明するための断面模式図である。 図４に続く製造プロセスを説明するための断面模式図である。 図５に続く製造プロセスを説明するための断面模式図である。 比較例の半導体装置を示す断面模式図である。 図７に対応した拡大図である。 本開示例及び比較例の逆方向の電圧‐電流特性を示すグラフである。
　以下に本開示の一実施形態につき図面を参照して説明する。
〔半導体装置〕
　図１及び図２よって示すように本開示の一実施形態の半導体装置Ａ１は、トレンチ１０を有した半導体層１１と、絶縁膜１２と、導電体１３と、シリサイド層１４と、金属層１５と、上面電極１６とを備える。絶縁膜１２は、トレンチ１０の内面１０ａを覆う。導電体１３は、絶縁膜１２で覆われたトレンチ１０内に埋設されている。シリサイド層１４は、トレンチ１０に隣接した半導体層表面１１ａとショットキー接合を形成する。金属層１５は、トレンチ１０の内壁面１０ａ１を覆う絶縁膜１２の上端面１２ａより上に位置するシリサイド層１４の端面１４ａから当該絶縁膜１２の上端面１２ａまでを連続して覆う。　導電体１３としては、例えばポリシリコンを適用してもよい。半導体層１１は、シリコン、絶縁膜１２はシリコン酸化膜が例として挙げられる。上面電極１６としては、例えばアルミニウムが適用される。
　シリサイド層１４は、半導体層１１と金属層１５との反応によるシリサイド層である。シリサイド層１４としては、例えばニッケルシリサイドを適用してもよい。
　図２に示すように金属層１５は、絶縁膜１２の上端面１２ａより上に位置する半導体層１１の側面１１ｂを覆う。すなわち、シリサイド層１４とのショットキー接合に相当する半導体層表面１１ａは絶縁膜１２の上端面１２ａより上に位置する。よって、半導体層表面１１ａに連続する半導体層１１の側面１１ｂがシリサイド層１４と絶縁膜１２の上端面１２ａとの間に位置する。
　仮に、金属層１５が無い場合、半導体層１１の側面１１ｂが上面電極１６に直接接触してしまう。そのため、逆電圧印加時に側面１１ｂを通る電流が生じることで、リーク電流が大きくなる。
　本実施形態の半導体装置Ａ１によれば、金属層１５により半導体層１１の側面１１ｂを覆っている。そのため、半導体層１１の側面１１ｂが上面電極１６に直接接触してしまうことはない。金属層１５は、ショットキー接合を形成するシリサイド層１４を構成する金属元素と同種の金属元素を有している。このようなショットキー接合構成金属と同種金属である金属層１５によりプロテクト効果がある。すなわち、アルミニウム等の上面電極１６から側面１１ｂを金属層１５により隔絶する。これにより、逆電圧印加時に側面１１ｂを通る電流の発生を抑えて、リーク電流を低く抑えることができる。
　また、上面電極１６は、金属層１５の開口部を介してシリサイド層１４の上面に接する。これにより、ショットキー接合を形成するシリサイド層１４と、上面電極１６とを直接電気的に接続することができる。
〔半導体装置の製造方法〕
　上記の半導体装置Ａ１を得るための一例の製造方法につき説明する。
（絶縁膜形成、導電体埋設工程）
　まず、図３に示すようにトレンチ１０を有した半導体層１１の表面に絶縁膜１２を形成し、当該トレンチ１０内に導電体１３を埋め込む。導電体１３の上面１３ａをトレンチ１０内に収める。
（絶縁膜エッチング工程）
　次に、トレンチ１０に隣接した半導体層表面１１ａの絶縁膜１２をエッチングにより除去して図４に示すように半導体層１１の表面１１ｃを露出させる。このとき、半導体層表面１１ｃを十分に露出させるために絶縁膜１２がオーバーエッチされる。これにより、トレンチ１０の内壁面１０ａ１を覆う絶縁膜１２の上端面１２ａがより深くエッチングされる。すなわち、トレンチ１０の内壁面１０ａ１を覆う絶縁膜１２の上端面１２ａを、半導体層表面１１ｃより下げる。図４に示すように半導体層表面１１ｃより上端面１２ａが下に位置する。この場合、半導体層表面１１ｃ上の絶縁膜は十分に除去される。なお、本半導体装置及びその製造方法の説明においての上下は、半導体層１１の表面からトレンチ１０が掘り下がっている方向が下、その逆を上とするものであり、本半導体装置の製造時又は使用時の上下方向（重力方向）を言うものではない。
（ショットキー接合形成工程）
　その後、図５に示すように半導体層表面１１ｃ、絶縁膜１２の上端面１２ａ及び導電体１３の上面１３ａ上に金属層１５を形成し、半導体層表面１１ｃに金属層１５を接触させる。その上で、熱処理して図６に示すように金属層１５と半導体層１１との反応によるシリサイド層１４を形成することで、シリサイド層１４と半導体層１１の界面、すなわち、半導体層表面１１ａをショットキー接合とする。
（上面電極形成工程）
　次に、金属層１５を開口した後、上面電極１６としてアルミニウム等をシリサイド層１４及び金属層１５の上に形成し図１、図２に示した構造の半導体装置Ａ１を得る。その他必要な工程を実施して半導体装置Ａ１を完成させる。
　本工程において金属層１５については、少なくともシリサイド層１４の端面１４ａから絶縁膜１２の上端面１２ａまでを覆う部分を連続して残す。すなわち、ショットキー接合の形成後、金属層１５のシリサイド層１４の端面１４ａから絶縁膜１２の上端面１２ａまでを覆う部分（本実施形態では側面１１ｂを覆う部分が含まれる）を連続して残しつつ、金属層１５のシリサイド層１４の上面を覆う部分を除去して開口部を形成する。その後、当該開口部を介してシリサイド層１４の上面に接する上面電極１６を形成する。
　本実施形態では、導電体１３の上面１３ａ上についても金属層１５を残すが、これを除去してもよい。
〔逆方向特性の比較〕
　図７及び図８は、比較例の半導体装置Ｂ１を示す。比較例の半導体装置Ｂ１は、上記本実施形態の半導体装置Ａ１に対して、金属層１５が無く、上面電極１６がシリサイド層１４、絶縁膜１２の上端面１２ａ及び導電体１３の上面１３ａに接触している点でのみ異なり、その他は共通である。このような半導体装置Ｂ１は、上記本実施形態の製造方法に対して、上面電極形成工程前に金属層１５の全部を除去することで製造できる。
　本実施形態の半導体装置Ａ１及び比較例の半導体装置Ｂ１に関し、共通の条件を指定して逆方向の電圧‐電流特性をシミュレーションしたところ図９に示す通りとなった。
　図９に示すように本実施形態の半導体装置Ａ１は、比較例の半導体装置Ｂ１に対して逆方向電流を低く抑えることができ、逆方向特性が改善した。
　上述した金属層１５のプロテクト効果によりリーク電流を低く抑えることができると確認できた。
〔まとめ、その他〕
　以上の本開示の実施形態の半導体装置によれば、金属層１５のプロテクト効果により、逆電圧印加時にショットキー接合の縁部でのリーク電流を低く抑えることができる。
　また、半導体層表面１１ｃ上の絶縁膜が十分に除去されており、デバイス特性が良好である。
　以上の本開示の実施形態の製造方法によれば、金属層１５のプロテクト効果により、逆電圧印加時のリーク電流を低く抑えることができる半導体装置を製造することができる。
　また製造される半導体装置は、半導体層表面１１ｃ上の絶縁膜が十分に除去されており、デバイス特性が良好である。
　以上本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。
　上記実施形態にあっては、シリサイド層１４上で金属層１５を開口し、シリサイド層１４と上面電極１６とを直接接続した。しかし、シリサイド層１４と上面電極１６とが金属層１５を介して電気的に接続する構造を実施してもよい。その場合、金属層１５を開口する工程は不要である。
　また以上の実施形態にあっては、半導体層１１の側面１１ｂがシリサイド層１４と絶縁膜１２の上端面１２ａとの間に位置した。しかし、半導体層１１の側面１１ｂがシリサイド層１４と絶縁膜１２の上端面１２ａとの間に位置しない場合にも、ショットキー接合の周縁部（端面１４ａから上端面１２ａまで）を金属層１５で覆うことで、リーク電流を抑える効果がある。
　例えば、絶縁膜１２の上端面１２ａが半導体層表面１１ａと同じ深さ位置、又はわずかに上であって、絶縁膜１２が端面１４ａの下部のみしか覆わず、上部を覆わない場合がある。この場合にも、絶縁膜１２によるショットキー接合の周縁部の被覆保護が不十分となりリーク電流が増大する要因となる。このような場合にも、ショットキー接合の周縁部（端面１４ａから上端面１２ａまで）を金属層１５で覆うことで、リーク電流を抑える効果がある。
　したがって、本開示は、半導体層１１の側面１１ｂがシリサイド層１４と絶縁膜１２の上端面１２ａとの間に位置する場合に限られない。但し、半導体層１１の側面１１ｂがシリサイド層１４と絶縁膜１２の上端面１２ａとの間に位置する場合には、本発明によりリーク電流を抑える効果が顕著である。
　上記実施形態にあっては、シリサイド層１４は、半導体層１１と金属層１５との反応によるシリサイド層であり、当該金属層１５を残すことで、上記のようなプロテクト効果のある金属層を設けた。しかし、金属層１５を除去した後、同種の金属元素による金属層を改めて形成し上記金属層１５としても、同様の効果が得られることは言うまでもない。但し、上記実施形態によれば、工程数が少なく生産効率が良好であり、シリサイド層１４を形成するための金属層を有効利用するから材料を無駄にせず経済的である。
　本開示は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に利用することができる。
１０   トレンチ
１１   半導体層
１１ａ 半導体層表面
１２   絶縁膜
１３   導電体
１４   シリサイド層
１５   金属層
１６   上面電極
Ａ１   半導体装置

Claims (6)

  1. 　トレンチを有した半導体層と、
    　前記トレンチの内面を覆う絶縁膜と、
    　前記絶縁膜で覆われた前記トレンチ内に埋設された導電体と、
    　前記トレンチに隣接した半導体層表面とショットキー接合を形成するシリサイド層と、
    　前記トレンチの内壁面を覆う前記絶縁膜の上端面より上に位置する前記シリサイド層の端面から当該絶縁膜の上端面までを連続して覆う金属層と、
    　を備え、
    　前記金属層は、前記シリサイド層を構成する金属元素と同種の金属元素を有する半導体装置。
  2. 　前記シリサイド層は、前記半導体層と前記金属層との反応によるシリサイド層である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記金属層は、前記絶縁膜の上端面より上に位置する前記半導体層の側面を覆う請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記金属層の開口部を介して前記シリサイド層の上面に接する上面電極を備える請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の半導体装置。
  5. 　トレンチを有した半導体層の表面に絶縁膜を形成し、当該トレンチ内に導電体を埋め込み、当該トレンチに隣接した半導体層表面の絶縁膜をエッチングにより除去して半導体層を露出させ、前記半導体層にショットキー接合を形成する半導体装置の製造方法であって、
    　前記エッチングにおいては、前記トレンチの内壁面を覆う絶縁膜の上端面を、前記半導体層表面より下げ、
    　前記ショットキー接合の形成においては、前記半導体層表面に金属層を接触させて形成し、熱処理して当該金属層と前記半導体層との反応によるシリサイド層を形成することで、当該シリサイド層と前記半導体層の界面を前記ショットキー接合とし、
    　前記ショットキー接合の形成後、前記金属層の少なくとも前記シリサイド層の端面から当該絶縁膜の上端面までを覆う部分を連続して残す半導体装置の製造方法。
  6. 　前記ショットキー接合の形成後、前記金属層の前記シリサイド層の端面から当該絶縁膜の上端面までを覆う部分を連続して残しつつ、前記金属層の前記シリサイド層の上面を覆う部分を除去して開口部を形成し、
    　その後、前記開口部を介して前記シリサイド層の上面に接する上面電極を形成する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
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