[發明專利]半導體裝置和半導體裝置的制造方法

有效

• 申請號: 201780032407.4
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN109314139B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 宮田大嗣;野口晴司;吉田崇一;田邊広光;河野憲司;大倉康嗣
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社;株式會社電裝
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/28;H01L21/322;H01L21/329;H01L21/336;H01L29/41;H01L29/739;H01L29/861;H01L29/868
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 金玉蘭;王穎

對插塞電極(12)進行凹蝕而使其僅殘留在接觸孔(8a)的內部，并且使層間絕緣膜(8)的上表面(8e)上的阻擋金屬(9)露出。然后，對阻擋金屬(9)進行凹蝕，使層間絕緣膜(8)的上表面(8e)露出。然后，形成其余的元件結構，并利用氦或電子束照射控制壽命，之后進行氫退火。在該氫退火時，由于在覆蓋柵電極(4)的層間絕緣膜(8)的上表面(8e)不存在阻擋金屬(9)，所以能夠使氫原子到達臺面部。由此，因氦或電子束的照射而產生于臺面部的晶格缺陷恢復，柵極閾值電壓恢復。由此，即使在對于具備插塞電極隔著阻擋金屬埋入接觸孔的結構的半導體裝置進行了壽命控制的情況下也能穩定且容易地得到該半導體裝置的預定特性。

技術領域

本發明涉及半導體裝置和半導體裝置的制造方法。

背景技術

以往，已知在將MOS(由金屬－氧化膜－半導體形成的絕緣柵)柵極埋入形成于半導體基板的溝槽內的溝槽柵結構的半導體裝置中，為了改善特性而使溝槽間距(配置溝槽的間隔)變窄的技術方案。通過使溝槽間距變窄，從而相鄰的溝槽間(臺面部)的寬度變窄，因此，形成表面電極與半導體部的接觸(電的接觸部)的接觸孔的寬度變窄。如果利用濺射法等向寬度窄的接觸孔埋入表面電極，則表面電極會產生空隙。

作為解決該問題的結構，公知如下結構(以下稱為第一以往結構)：在接觸孔的內部埋入以埋入性高的鎢(W)作為材料的插塞電極，經由插塞電極將表面電極與半導體部電連接。關于以往的半導體裝置的結構，以具備溝槽柵結構的縱型IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：絕緣柵型雙極晶體管)為例在圖24中示出。圖24是表示以往的半導體裝置的結構的剖視圖。

在圖24所示的第一以往結構中，插塞電極212埋入于接觸孔210a中。作為插塞電極212的材料的鎢與作為半導體基板200的材料的硅(Si)之間的緊貼性差。因此，在插塞電極212與半導體部(n⁺型發射極區域203)之間設置阻擋金屬211，該阻擋金屬211由與半導體部的緊貼性高且能夠形成與半導體部的歐姆接觸的金屬形成。阻擋金屬211是將例如鈦(Ti)膜和氮化鈦(TiN)膜依次層疊而成的金屬膜。

阻擋金屬211沿著接觸孔210a的內壁和層間絕緣膜210的表面設置，覆蓋層間絕緣膜210的整個表面。表面電極213與層間絕緣膜210上的阻擋金屬211和插塞電極212接觸，與p型基極區域202和n⁺型發射極區域203電連接。在圖24中，示出了半導體基板200的正面側的溝槽柵結構，而背面側的p⁺型集電極區域和集電極省略了圖示。符號201、204～207分別是n-型漂移層、MOS柵極、溝槽、柵極絕緣膜和柵電極。

在為了控制這樣的溝槽柵結構的半導體裝置的壽命而照射氦(He)或電子束從而在漂移層中導入作為壽命控制體的晶格缺陷的情況下，在臺面部也會產生空孔(V)(以下稱為晶格缺陷)，導致柵極閾值電壓下降。因此，需要在氦或電子束的照射后在氫(H₂)氣氛下進行熱處理(氫退火)，使臺面部的晶格缺陷恢復，使柵極閾值電壓恢復。在該氫退火時，為了使氫氣氛中的氫原子通過表面電極213而到達臺面部，使用氫原子能夠通過的鋁(Al)作為表面電極213的材料。

但是，在插塞電極212隔著阻擋金屬211埋入接觸孔210a的內部的結構的情況下，如上所述，層間絕緣膜210的整個表面被阻擋金屬211覆蓋。因此，在氫退火時，氫原子從表面電極213側向層間絕緣膜210側的擴散被阻擋金屬211抑制。因此，氫原子無法到達半導體基板200的表面，所以無法使臺面部的晶格缺陷恢復。即，在對插塞電極212隔著阻擋金屬211埋入接觸孔210a的內部的結構的半導體裝置進行壽命控制的情況下，無法使因壽命控制而降低的柵極閾值電壓恢復。

作為解決該問題的方法，提出了如下方法：不使用鈦，而是利用鎳(Ni)或鈷(Co)等VIII族的金屬材料形成阻擋金屬的第一金屬膜(與半導體部接觸的金屬膜)(例如參照下述專利文獻1)。在下述專利文獻1中，通過改變阻擋金屬的第一金屬膜的材料，從而防止在電子束照射等之后進行的氫退火時氫原子被第一金屬膜吸存的情況。