JP3107632B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
細コンタクトの製造方法に関するもので、特にそのコン
タクト抵抗を低減させる方法を提供するものである。
体メモリ装置を例にとると1Mb、4Mbさらに16M
b、64Mbとその大規模化はとどまるところを知ら
ず、これにともなってデザインルールの微細化要求も
又、かぎりがない。
とながらMOS FETやバイポーラ デバイスを形成
する上で種々の問題が発生する。特に半導体基板とメタ
ル金属により形成される配線層とを接続するコンタクト
に於ては、その問題の発生が著しい。
での断線の問題、半導体基板とメタル金属配線とのコ
ンタクト部での接触抵抗(以下コンタクト抵抗と呼ぶ)
の問題である。以下に各々について簡単に説明する。
コンタクト孔の径(以下コンタクト径と称す)を微細化
していくと、コンタクトを開孔する絶縁膜の厚さは、配
線層と基板との浮遊容量の低減や、絶縁膜によって形成
される寄生MOSトランジスタの防止の目的から薄くで
きないことから、コンタクト径に対するコンタクト深
さ、すなわちアスペクト比が大きくなり、このコンタク
トに金属配線を施したとき、断線する確率が大となるこ
とである。
コンタクト径の大きさに依存し、コンタクト径が小さく
なるほど抵抗が高くなるという問題である。
コンタクト埋込み技術、に対しては、コンタクト層へ
の不純物注入技術(コンタクトインプラと言う)などが
開発されている。
ンタクト形成方法を順に述べる。
素子(ここではP型拡散層102を1ケ所のみ図示す
る)を形成し、表面に絶縁膜103を形成し、図3
(b) 周知のフォトリソグラフィ(以下フォトリソと
記す)・エッチング技術を用いてコンタクト孔104を
開孔する。
くする為の補償拡散層を形成する目的で、ボロンをイオ
ン注入(105)し、開孔されたコンタクト領域のみ、
絶縁膜103をマスクに自動的に高濃度のボロン注入層
106を形成する。
を行なう。このとき注入された層106は高濃度である
ため、P型拡散層102はコンタクト領域(コンタクト
孔104底部)のみ深く拡がる(107)。ついで全面
にW(タングステン)108をスパッタ蒸着する。
コンタクト開孔部104のみに残し(109)、配線層
形成の為のALなどのメタルを全面にスパッタ蒸着し
(図示していない)、周知のフォトリソ・エッチング技
術で配線層110を形成する。
た方法では、コンタクト部でのメタル金属配線層の断切
れの問題は回避できるが、コンタクト抵抗が高くなると
いう問題は、コンタクトインプラ技術の採用により採用
しない場合よりましではあるとは言え、満足のできる抵
抗値とはならず、特にコンタクト径が1μm以下の場合
には、この抵抗値の増加がデバイス性能に影響を与える
割合が無視できないレベルとなっていた。この例として
図4に発明者等の実験により得たコンタクト径とコンタ
クト抵抗値の関係を示す。拡散層はP型であり、図から
解るようにコンタクト径が0.08μmに於て、その抵
抗値は100〜120Ωともなっている。
細化していくと、コンタクト抵抗が高くなりその結果デ
バイスの高性能化が妨げられるという問題を回避するた
め、コンタクト形成に当たって、コンタクト領域にイオ
ン注入後、薄い酸化膜を被覆し、活性化処理を行なうこ
とにより、表面での不純物キャリア濃度を従来より増加
させ、その高濃度のキャリアを表面にもつ拡散層と配線
用の金属もしくは埋込み材料とを接触させるようにし
て、低抵抗のコンタクト抵抗をもつコンタクトを形成す
ることを目的とするものである。
抵抗のコンタクト抵抗を得る目的で、コンタクト形成に
当たって、(1)コンタクト部へ不純物をイオン注入し
たのち、(2)薄い酸化膜を被覆し、(3)活性化処理
を行なうことで、拡散層表面のキャリア濃度を増加させ
るようにしたものである。
り、(1)コンタクト孔の壁に沿って薄い酸化膜とエッ
チング選択比がある材質を用いてサイドウォールを形成
し、(2)セルフアラインで底部の酸化膜を除去できる
ようにしたものである。
表面のキャリア濃度を向上させるようにしたので1.0
μm以下のサブミクロン領域のコンタクト形成に於て低
抵抗のコンタクトを形成することができる。
に示し、同図(a)〜(g)の順に説明する。
上に、半導体素子(ここではP型拡散層2を1ケ所のみ
図示する。)を形成し、表面に厚さ(以下一々厚さと記
さない)8000ÅのBPSGなどのCVD膜(化学的
気相成長法による膜)により形成された絶縁膜3を形成
する。
グ技術を用いて、幅0.5μm(図中W1 )のコンタク
ト孔4を開孔する。このとき絶縁膜3の厚さは8000
Åでありコンタクト孔4のアスペクト比は8000Å/
0.5μm=1.6となる。
くするための補償拡散層を形成する目的で、不純物とし
てボロン(B+ )を40KeVで5×1015の条件でイ
オン注入(5)し、開孔されたコンタクト領域のみ絶縁
膜3をマスクにセルフアラインで自動的に高濃度のボロ
ン注入層6を形成する。
ゾンTEOS(Tetra Ethylortho S
ilicate)酸化膜7を成長させる。
差被覆性が十分でなかった。つまり幾何学的なシャドー
イング効果により、コンタクト開孔部の段差つまり図1
(d)の絶縁膜3上、コンタクト孔4の底部、側面部に
各々均一な厚さでかつ薄い(100〜500Å)酸化膜
を形成することができなかった。この為200Åという
薄い酸化膜を形成しようとすると、コンタクト開孔部4
に於てオーバーハング状になったり、コンタクト孔4の
側面にはほとんど成長しないなどの問題があった。これ
に対してCVD法の一種である表面移動度の高い有機シ
リコン化合物を用いて絶縁膜の成長を行なう前述したオ
ゾンTEOS法は、表面マイグレーションの平均自由工
程が大きくなるにつれて立体角の局所的な平均化が促進
され、段差被覆性とコンフォマリティが改善される。従
って図1 (d)に示すようにコンタクト孔4のような段
差の上面も側面も底面も均一に200Åの酸化膜7 (C
VD膜とも言う)を成長させることができる。
活性化処理をN2 雰囲気850℃20分の条件で行な
う。このとき基板1表面のキャリア濃度を図5に示す。
又このとき注入されたボロンは高濃度であるため、P型
拡散層2はコンタクト開孔部のみ深く(8)広がる。
それがない時に比して、ボロンの基板表面でのキャリア
プロファイルは約2倍の値となっている。このイオン注
入した半導体基板表面のキャリア濃度が酸化膜7の有/
無によってどうして差が生じるかについて、未だ良く解
明されていないが発明者等は高濃度にイオン注入されア
モルファス化した半導体基板表面からの不純物の外方拡
散量は考えられているより多いことと、酸化膜が存在す
ると活性化率が変化することなどを想定している。
W1 より1廻り大なるマスクを用いて、周知のフォトリ
ソ技術でこの領域の薄い酸化膜7をエッチング除去し、
従来例つまり図3 (d)〜(e)に示すようにコンタク
ト領域にW9を埋込み、配線層を形成することにより、
従来より低いコンタクト抵抗を実現することが可能とな
る。又、この薄い酸化膜7のエッチングに於て、半導体
基板との選択比がとれるHF系のウェットエッチングを
用いれば、半導体基板1表面の高いキャリアプロファイ
ルをもつ部分がエッチングされないことからコンタクト
抵抗を下げる効果はさらに向上する。
エッチング除去する際に、酸化膜7の半導体基板1上の
ばらつきを吸収する為、多少のオーバーエッチを行なわ
なければならず、このとき図1 (b)にW1 で示したコ
ンタクト径が絶縁膜3のサイドもエッチングされること
により、多少大きくなってしまうという不具合は否めな
い。
(i)にこの不具合をも回避する方法について示してお
く。
あと、7の薄い酸化膜に対してエッチング選択比がとれ
るもの、例えばポリシリコンでも良いがここではW(タ
ングステン)9を全面に被覆する。
コンタクト孔4の壁のみWのサイドウォール10を形成
する。このときの開孔幅をW2 とする。
ッチング液に入れWのサイドウォール10をマスクにセ
ルフアライン的にコンタクト底部の薄い酸化膜7をエッ
チング除去し、開孔部11を得る。このときの開孔幅W
3 はエッチング条件によりコントロールされるが、コン
タクト抵抗は一般にコンタクト径に依存することから、
W2 よりなるべく大きくW1 に近いことが望ましい。こ
のとき絶縁膜3上に被覆されていた薄い酸化膜7もエッ
チング除去される。
全面に成長させる(図示していない)。このときCVD
法を用いることにより図2 (h)に示す、薄い酸化膜7
がエッチング除去されたあとにできるW10と基板1との
すきまにもWは成長させることができる。
ク技術によりコンタクト開孔部のみに残し(14)、配
線層形成の為のALなどのメタルを全面にスパッタ蒸着
し(図示していない。)周知のフォトリソ・エッチング
技術で配線層15を形成する。
スク数の増加はないことを附記しておく。
埋め込む技術を例に説明したが、コンタクトの低抵抗化
の為の本発明は埋込み技術を用いることを必須とするも
のでなく、実施例の図1 (d)で説明した、コンタクト
領域のみマスクを追加することにより、薄い酸化膜7を
エッチング除去したのち、通常の配線金属をスパッタ蒸
着し周知のフォトリソ・エッチング技術を用いて配線層
を形成しても低抵抗を実現できる。ここで表1に、発明
者等が本実施例の方法で試作したコンタクトのコンタク
ト抵抗についてケルビンパターンを用いて評価した結果
を示す。表1から明らかなように、0.8μmのコンタ
クト径のときP+ 拡散で従来100〜120Ωであった
コンタクト抵抗は、20Ωと従来の約1/5に低減でき
ることが明らかとなっている。この結果は図4に従来例
と比較して記してある。
拡散層表面のキャリア濃度を向上させるようにしたので
1.0μm以下のサブミクロン領域のコンタクト形成に
於ても、低抵抗のコンタクトを形成することができる。
従って高性能のデバイスが得られる。
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し、
その第1の絶縁膜の一部にコンタクト孔を開孔する工程
と、 前記コンタクト孔底部の前記半導体基板表面に不純物を
注入する工程と、 前記コンタクト孔底部、側面、及び前記第1の絶縁膜表
面全面に第2の絶縁膜を形成する工程と、 前記不純物を活性化するための処理を行う工程と、 前記第2の絶縁膜が形成されているコンタクト孔側面に
サイドウオ−ルを形成する工程と、 前記サイドウオ−ルをマスクにして、少なくとも前記コ
ンタクト孔底部の前記第2の絶縁膜を除去する工程と、 前記コンタクト孔を導電材で埋め込み、配線層を形成す
る工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項2】 前記第2の絶縁膜がオゾンTEOS法に
よる酸化膜であることを特徴とする請求項1記載の半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04033237A JP3107632B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04033237A JP3107632B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05234931A JPH05234931A (ja) | 1993-09-10 |
JP3107632B2 true JP3107632B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=12380857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04033237A Expired - Fee Related JP3107632B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3107632B2 (ja) |
-
1992
- 1992-02-20 JP JP04033237A patent/JP3107632B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH05234931A (ja) | 1993-09-10 |
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