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公開番号2025072117
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-09
出願番号2023182656
出願日2023-10-24
発明の名称半導体素子および半導体素子の製造方法
出願人豊田合成株式会社
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250430BHJP()
要約【課題】絶縁膜上の電極におけるAlが表面保護膜を介して絶縁膜に拡散することが抑制された半導体素子を提供する。
【解決手段】半導体素子は、半導体層と、半導体層上に位置する絶縁膜(ゲート絶縁膜14)と、絶縁膜上に位置する電極(ゲート電極17)と、半導体層、絶縁膜および電極を覆う表面保護膜18と、を有し、電極は、絶縁膜へのAlの拡散を防止する第1バリア層17Aと、第1バリア層17上に設けられ、AlまたはAlを主成分とする合金からなる金属層17Bと、金属層17B上に設けられ、金属層17Bを保護する第2バリア層17Cと、を有し、金属層17Bの側面17Baは、第1バリア層17Aの側面17Aaおよび第2バリア層17Cの側面17Caよりも内側である。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層上に位置する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に位置する電極と、
前記半導体層、前記絶縁膜および前記電極を覆う表面保護膜と、を有し、
前記電極は、
前記絶縁膜へのＡｌの拡散を防止する第１バリア層と、
前記第１バリア層上に設けられ、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなる金属層と、
前記金属層上に設けられ、前記金属層を保護する第２バリア層と、を有し、
前記金属層の側面は、前記第１バリア層の側面および前記第２バリア層の側面よりも内側である、半導体素子。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記金属層の側面は、酸化アルミニウムからなる酸化膜で覆われている、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記金属層の側面と前記表面保護膜の間に空隙が存在する、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記半導体素子は絶縁ゲート構造を有し、前記絶縁膜はゲート絶縁膜であり、前記電極はゲート電極である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記半導体層は、トレンチを有し、
前記絶縁膜は、前記トレンチの底面、側面、および前記半導体表面のうち前記トレンチ近傍に連続して設けられたゲート絶縁膜であり、
前記電極は、前記絶縁膜を介して、前記トレンチの底面、側面、および前記半導体表面のうち前記トレンチ近傍に連続して設けられたゲート電極である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
半導体層上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜上に、前記絶縁膜側から順に、前記絶縁膜へのＡｌの拡散を防止する第１バリア層、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなる金属層、前記金属層を保護する第２バリア層を積層して電極を形成する電極形成工程と、
前記電極を前記半導体層主面に垂直な方向にドライエッチングして所定のパターンとし、前記金属層の側面をドライエッチングし、前記金属層の側面が前記第１バリア層および前記第２バリア層の側面よりも内側となるようにするエッチング工程と、
前記半導体層および前記電極を覆うように表面保護膜を形成する表面保護膜形成工程と、を有する半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁膜形成工程の前に、前記半導体層にトレンチを形成するトレンチ形成工程を有し、
前記絶縁膜形成工程は、前記トレンチの底面、側面、および前記半導体層の表面であって前記トレンチ近傍の領域に連続した膜状に前記絶縁膜を形成する工程であり、
前記電極形成工程は、前記絶縁膜を介して、前記トレンチの底面、側面、および前記半導体層の表面であって前記トレンチ近傍の領域に連続した前記電極を形成する工程である、請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記エッチング工程は、
前記電極を前記半導体層主面に垂直な方向にドライエッチングして所定のパターンとする縦方向エッチング工程と、
前記縦方向エッチング工程後、エッチング圧力を前記縦方向エッチング工程よりも高くして前記金属層の側面をドライエッチングする横方向エッチング工程と、を有する請求項６または請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記エッチング工程は、前記電極の前記半導体層主面に垂直な方向のドライエッチングと、前記金属層の側面のドライエッチングを同時に行う、請求項６または請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記エッチング工程は、
前記第２バリア層を前記半導体層主面に垂直な方向に前記金属層が露出するまでドライエッチングして所定のパターンとする第２バリア層エッチング工程と、
前記第２バリア層エッチング工程後、前記金属層を前記半導体層主面に垂直な方向に前記第１バリア層が露出するまでドライエッチングし、前記金属層の側面をドライエッチングする金属層エッチング工程と、
前記金属層エッチング工程後、前記第１バリア層を前記半導体層主面に垂直な方向に前記絶縁膜が露出するまでドライエッチングする第１バリア層エッチング工程と、を有する請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子および半導体素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ＭＩＳＦＥＴのゲート電極として、ゲート絶縁膜側から順に、ＴｉＮ、Ａｌ、ＴｉＮを積層させた構造が知られている（特許文献１）。ゲート絶縁膜側のＴｉＮはＡｌがゲート絶縁膜側に拡散するのを防止するための層であり、Ａｌ上のＴｉＮはＡｌを酸化などから保護するための層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－５４２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、発明者の検討によると、ゲート電極を特許文献１のようにＴｉＮ、Ａｌ、ＴｉＮの積層構造とし、素子表面を表面保護膜で覆った場合、その後のプロセス工程での熱処理や、動作環境下において、ゲート電極のＡｌが表面保護膜を介してゲート絶縁膜に拡散してしまう恐れがあることがわかった。ゲート絶縁膜にＡｌが拡散すると、しきい値電圧が変動したり、リーク電流が発生してしまうなど不安定な動作を引き起こしてしまう。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、絶縁膜上の電極におけるＡｌが表面保護膜を介して絶縁膜に拡散することが抑制された半導体素子およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、
半導体層と、
前記半導体層上に位置する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に位置する電極と、
前記半導体層、前記絶縁膜および前記電極を覆う表面保護膜と、を有し、
前記電極は、
前記絶縁膜へのＡｌの拡散を防止する第１バリア層と、
前記第１バリア層上に設けられ、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなる金属層と、
前記金属層上に設けられ、前記金属層を保護する第２バリア層と、を有し、
前記金属層の側面は、前記第１バリア層の側面および前記第２バリア層の側面よりも内側である、半導体素子にある。
【０００７】
本発明の他態様は、
前記半導体層上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜上に、前記絶縁膜側から順に、前記絶縁膜へのＡｌの拡散を防止する第１バリア層、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなる金属層、前記金属層を保護する第２バリア層を積層して電極を形成する電極形成工程と、
前記電極を前記半導体層主面に垂直な方向にドライエッチングして所定のパターンとし、前記金属層の側面をドライエッチングし、前記金属層の側面が前記第１バリア層および前記第２バリア層の側面よりも内側となるようにするエッチング工程と、
前記半導体層および前記電極を覆うように表面保護膜を形成する表面保護膜形成工程と、を有する半導体素子の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様では、金属層の側面を第１バリア層の側面や第２バリア層の側面よりも内側としている。そのため、金属層のＡｌの絶縁膜への拡散を抑制することができ、不安定な動作を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態１における半導体素子の構成を示した断面図であって、基板主面に垂直な方向での断面。
実施形態１における半導体素子の製造工程を模式的に示した図。
実施形態１における半導体素子の製造工程を模式的に示した図。
実施形態２における半導体素子の構成を示した断面図であって、基板主面に垂直な方向での断面。
実施形態３における半導体素子の構成を示した断面図であって、基板主面に垂直な方向での断面。
実施形態４における半導体素子の構成を示した断面図であって、基板主面に垂直な方向での断面。
実施形態４の変形形態１における半導体素子の構成を示した断面図であって、基板主面に垂直な方向での断面。
実施形態４の変形形態２における半導体素子の構成を示した断面図であって、基板主面に垂直な方向での断面。
実施形態５における半導体素子の構成を示した断面図であって、基板主面に垂直な方向での断面。
実施形態１における半導体素子の製造工程の変形形態を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
半導体素子は、半導体層と、半導体層上に位置する絶縁膜と、絶縁膜上に位置する電極と、半導体層、前記絶縁膜および前記電極を覆う表面保護膜と、を有する。そして、電極は、絶縁膜へのＡｌの拡散を防止する第１バリア層と、第１バリア層上に設けられ、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金からなる金属層と、金属層上に設けられ、金属層を保護する第２バリア層と、を有する。さらに、金属層の側面は、第１バリア層の側面および第２バリア層の側面よりも内側である。
（【００１１】以降は省略されています）

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