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公開番号2025070787
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023181331
出願日2023-10-20
発明の名称スイッチング素子とその製造方法
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250424BHJP()
要約【課題】シリサイド層と電極層の間で相互拡散を抑制する。
【解決手段】上面にトレンチが設けられた半導体基板と、前記トレンチ内に配置されているゲート電極と、前記ゲート電極の上面を覆う層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜から前記トレンチの側面に沿って上側に伸びている側壁絶縁膜と、前記半導体基板の前記上面を覆っているとともに前記側壁絶縁膜に接しているシリサイド層と、前記シリサイド層の表面と前記側壁絶縁膜の表面と前記層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆うバリアメタル層と、前記シリサイド層と前記側壁絶縁膜と前記層間絶縁膜の上部において前記バリアメタル層の前記表面を覆っている電極層、を有するスイッチング素子。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
上面にトレンチ（１４）が設けられた半導体基板（１２）と、
前記トレンチ内に配置されているゲート絶縁膜（１６）と、
前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極（１８）と、
前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート電極の上面を覆う層間絶縁膜（２０）と、
前記層間絶縁膜から前記トレンチの側面に沿って上側に伸びており、前記層間絶縁膜よりも上側において前記トレンチの前記側面を覆う側壁絶縁膜（２２）と、
前記半導体基板の前記上面を覆っており、前記側壁絶縁膜に接しているシリサイド層（３２）と、
前記シリサイド層の表面と前記側壁絶縁膜の表面と前記層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆うバリアメタル層（３４）であって、前記バリアメタル層の表面に前記シリサイド層の前記表面と前記側壁絶縁膜の前記表面と前記層間絶縁膜の前記表面によって構成される段差（Ｓ１）に沿う段差（Ｓ２）が存在する前記バリアメタル層と、
前記シリサイド層と前記側壁絶縁膜と前記層間絶縁膜の上部において前記バリアメタル層の記表面を覆っている電極層（３６）、
を有するスイッチング素子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記バリアメタル層の前記段差が、前記シリサイド層の前記表面と前記側壁絶縁膜の前記表面と前記層間絶縁膜の前記表面によって構成される前記段差よりも前記トレンチの中央側に位置している、請求項１に記載のスイッチング素子。
【請求項３】
前記シリサイド層と前記側壁絶縁膜との接続部において、前記シリサイド層の前記表面と前記側壁絶縁膜の前記表面が滑らかな曲面により接続されている、請求項１または２に記載のスイッチング素子。
【請求項４】
スイッチング素子の製造方法であって、
半導体ウエハであって、
シリコンを含有するとともに上面にトレンチが設けられた半導体基板と、
前記トレンチ内に配置されているゲート絶縁膜と、
前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、
前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート電極の上面を覆う絶縁層（２６）、
を有する前記半導体ウエハを準備する工程と、
金属と前記半導体基板とを反応させることによって、前記半導体基板の前記上面にシリサイドによって構成されたシリサイド層を形成する工程であって、前記シリサイド層の端部が前記絶縁層の上部に張り出すオーバーハング部となるように前記シリサイド層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面をエッチングすることによって前記絶縁層の厚さを減少させる工程であって、前記ゲート電極の前記上面に沿って残存する前記絶縁層によって層間絶縁膜が構成され、前記オーバーハング部の下部に残存する前記絶縁層によって前記層間絶縁膜から前記トレンチの側面に沿って上側に伸びるとともに前記層間絶縁膜よりも上側において前記トレンチの前記側面を覆う側壁絶縁膜が構成されるように前記絶縁層をエッチングする工程と、
前記シリサイド層の表面と前記側壁絶縁膜の表面と前記層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆うバリアメタル層を形成する工程と、
前記シリサイド層と前記側壁絶縁膜と前記層間絶縁膜の上部において前記バリアメタル層の表面を覆っている電極層を形成する工程、
を有する製造方法。
【請求項５】
前記絶縁層をエッチングする前記工程では、スパッタエッチングにより前記絶縁層をエッチングし、
前記バリアメタル層を形成する前記工程では、スパッタリングにより前記バリアメタル層を形成し、
前記絶縁層をエッチングする前記工程と前記バリアメタル層を形成する前記工程を共通のチャンバ内で実施する、
請求項４に記載の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、スイッチング素子とその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【０００２】
特許文献１に開示のスイッチング素子は、上面にトレンチが設けられた半導体基板を有している。トレンチ内に、ゲート電極が設けられている。ゲート電極の上面は、層間絶縁膜によって覆われている。半導体基板の上部には、電極として、シリサイド層、バリアメタル層、及び、電極層が設けられている。シリサイド層は、半導体基板の上面を覆っている。バリアメタル層は、シリサイド層の表面と層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆っている。電極層は、とシリサイド層と層間絶縁膜の上部でバリアメタル層の表面を覆っている。バリアメタル層によってシリサイド層と電極層の間における材料の相互拡散が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１６３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリサイド層の表面が層間絶縁膜の表面よりも上側に位置しているので、シリサイド層の表面と層間絶縁膜の表面の間に段差が存在する。したがって、シリサイド層の表面と層間絶縁膜の表面に跨る範囲にバリアメタル層を形成すると、バリアメタル層の表面にも段差が形成される。このとき、段差においてバリアメタル層が適切に成長せず、バリアメタル層の表面にスリットが形成される場合がある。その結果、バリアメタル層のスリットを介してシリサイド層と電極層の間で相互拡散が生じ、電極が劣化する。本明細書では、シリサイド層と電極層の間で相互拡散を抑制する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示するスイッチング素子は、半導体基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、層間絶縁膜と、側壁絶縁膜と、シリサイド層と、バリアメタル層と、電極層を有する。前記半導体基板の上面にトレンチが設けられている。前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチ内に配置されている。前記ゲート電極は、前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている。前記層間絶縁膜は、前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート電極の上面を覆っている。前記側壁絶縁膜は、前記層間絶縁膜から前記トレンチの側面に沿って上側に伸びており、前記層間絶縁膜よりも上側において前記トレンチの前記側面を覆っている。前記シリサイド層は、前記半導体基板の前記上面を覆っており、前記側壁絶縁膜に接している。前記バリアメタル層は、前記シリサイド層の表面と前記側壁絶縁膜の表面と前記層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆っている。前記バリアメタル層の表面に前記シリサイド層の前記表面と前記側壁絶縁膜の前記表面と前記層間絶縁膜の前記表面によって構成される段差に沿う段差が存在する。前記電極層は、前記シリサイド層と前記側壁絶縁膜と前記層間絶縁膜の上部において前記バリアメタル層の前記表面を覆っている。
【０００６】
このスイッチング素子では、層間絶縁膜よりも上側においてトレンチの側面が側壁絶縁膜によって覆われている。したがって、バリアメタル層が、シリサイド層の表面と側壁絶縁膜の表面と層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆うように形成される。このため、シリサイド層の表面と側壁絶縁膜の表面と層間絶縁膜の表面によって構成される段差に沿って、バリアメタル層の表面に段差が形成される。バリアメタル層の段差の下部には側面絶縁層が存在しているので、バリアメタル層の段差の部分にスリットが形成されたとしても、シリサイド層と電極層の間における相互拡散を抑制できる。
【０００７】
また、本明細書は、スイッチング素子の製造方法を開示する。本明細書が開示する製造方法は、半導体ウエハ準備工程、シリサイド層形成工程、エッチング工程、バリアメタル層形成工程、及び、電極層形成工程を有する。前記半導体ウエハ準備工程では、シリコンを含有するとともに上面にトレンチが設けられた半導体基板と、前記トレンチ内に配置されているゲート絶縁膜と、前記トレンチ内に配置されているとともに前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、前記トレンチ内に配置されているとともに前記ゲート電極の上面を覆う絶縁層、を有する半導体ウエハを準備する。前記シリサイド層形成工程では、金属と前記半導体基板とを反応させることによって、前記半導体基板の前記上面にシリサイドによって構成されたシリサイド層を形成する。前記シリサイド層形成工程では、前記シリサイド層の端部が前記絶縁層の上部に張り出すオーバーハング部となるように前記シリサイド層を形成する。前記エッチング工程では、前記絶縁層の表面をエッチングすることによって前記絶縁層の厚さを減少させる。前記エッチング工程では、前記ゲート電極の前記上面に沿って残存する前記絶縁層によって層間絶縁膜が構成され、前記オーバーハング部の下部に残存する前記絶縁層によって前記層間絶縁膜から前記トレンチの側面に沿って上側に伸びるとともに前記層間絶縁膜よりも上側において前記トレンチの前記側面を覆う側壁絶縁膜が構成されるように前記絶縁層をエッチングする。前記バリアメタル層形成工程では、前記シリサイド層の表面と前記側壁絶縁膜の表面と前記層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆うバリアメタル層を形成する。前記電極層形成工程では、前記シリサイド層と前記側壁絶縁膜と前記層間絶縁膜の上部において前記バリアメタル層の前記表面を覆っている電極層を形成する。
【０００８】
この製造方法では、バリアメタル層形成工程において、バリアメタル層が、シリサイド層の表面と側壁絶縁膜の表面と層間絶縁膜の表面に跨る範囲を覆うように形成される。バリアメタル層の段差の下部には側面絶縁層が存在しているので、バリアメタル層の段差の部分にスリットが形成されたとしても、シリサイド層と電極層の間における相互拡散を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例のスイッチング素子の断面図。
図１の範囲Ｘの拡大断面図。
実施例の製造方法の説明図。
実施例の製造方法の説明図。
実施例の製造方法の説明図。
実施例の製造方法の説明図。
実施例の製造方法の説明図。
実施例の製造方法の説明図。
実施例の製造方法の説明図。
実施例の製造方法の説明図。
比較例のスイッチング素子の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書が開示する一例のスイッチング素子では、前記バリアメタル層の前記段差が、前記シリサイド層の前記表面と前記側壁絶縁膜の前記表面と前記層間絶縁膜の前記表面によって構成される前記段差よりも前記トレンチの中央側に位置していてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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