JPH04359423A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に高融点金属の選択成長法を用いた電極形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来法による電極形成法の一実施
例を示す縦断面図である。選択酸化法により形成された
ＬＯＣＯＳ酸化膜２に囲まれたＳｉ基板１上にイオン注
入等の方法により形成した導電体領域３を形成し層間絶
縁膜４を形成した後に、リソグラフィー技術によりコン
タクトホールを開口する。次いでアルミニウム６をスパ
ッタリングにより全面に堆積した後、リソグラフィーに
より、アルミニウム６を配線層としてパターニングし、
層間絶縁膜４の下の導電体領域３との電気的な接続を行
なうという方法である。

【０００３】しかしながら、素子の微細化・集積化に伴
ない、コンタクトホールの径は減少してゆくため、スパ
ッタリングによる堆積方法では、コンタクト孔の側壁に
はほとんどアルミニウムが堆積されなくなり、コンタク
トの信頼性を著しく劣化させることになる。

【０００４】上記の問題に対して、タクグステンの選択
気相成長法を用いた電極形成方法が提案されている。図
６には、この方法を用いた一実施例を示す。Ｓｉ基板１
上にイオン注入等の方法により形成された導電体領域３
に達する様に層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホー
ル内に六フッ化タングステンのシラン還元法によりタン
グステン５を選択的に堆積させた後に、スパッタ等の方
法により配線層となるアルミニウム６を全面に堆積した
後、リソグラフィーにより金属膜のパターンニングを行
なう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法による電極形成方法では導電体領域を形成する半導体
表面の表面状態の違いにより、原料ガスである六フッ化
タングステンと半導体基板表面との間の反応が、不安定
となるために、半導体基板とタングステンとの間の密着
性が劣化し、コンタクト抵抗の安定性が劣化するという
問題を有している。従来この表面状態の違いについては
、半導体基板表面に残存する自然酸化膜によるものであ
ると従来考えられていたが、コンタクトホール開口時に
基板表面に与えられるダメージによるところが大きいこ
とが、本発明者の詳細な実験により明らかとなった。

【０００６】図７にはコンタクホール開口時のオーバー
エッチング量を変化させた時のＰ＋　拡散層とタングス
テンとのコンタクト抵抗の変化を示したものである。こ
の図からも明らかなように、コンタクトエッチング量の
増加により０．８μｍ□以下のコンタクト抵抗が顕著に
劣化することがわかる。この原因を詳細に調べた結果、
コンタクト開口時のＳｉ基板へのプラズマダメージと酸
素原子の打ち込みによりＳｉ基板の表面が、酸素を含ん
だ非晶質層となり、その結果Ｓｉ基板の価電子状態が変
化し、以下の反応式で示すように六フッ化タングステン
のＳｉ還元反応が抑制されることによるものであること
が明らかとなった。さらにこの現象は、シリサイド化反
応などＳｉ基板との表面・界面反応に共通な現象である
ことがわかった。

【０００７】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記に述べた電気特性の
不安定を解決する手段として本発明による半導体装置の
製造方法ではコンタクト孔開口後にコンタクト孔底部の
半導体基板を少なくとも２０オングストローム以上除去
する工程を有している。

【０００９】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。

【００１０】図１は本発明による半導体装置の製造方法
の一実施例について工程順に示した縦断面図である。Ｓ
ｉ基板１上にリソグラフィー技術と選択酸化法により（
ａ）に示すごとくＬＯＣＯＳ酸化膜２を形成した後、Ｂ
Ｆ２　を７０ＫｅＶ，ドーズ量５×１０１５ｃｍ−２で
イオン注入し、９００℃で活性化処理を行ない（ｂ）に
示すごとく導電体領域３を形成し、その上に層間絶縁膜
４を１．５μｍ形成しリソグラフィーによりコンタクト
孔を開口する。次いで（ｃ）に示すごとくこの基板をＣ
Ｆ４　とＯ２　の混合ガスによるプラズマにより導電体
領域３を形成しているＳｉ表面を５０オングストローム
エッチングする。次いで（ｄ）に示すごとく基板温度２
５０℃で六フッ化タングステンのシラン還元法によりタ
ングステン５をコンタクト孔内にのみ選択的に成長させ
る。この基板上に（ｅ）に示すごとくアルミニウム６を
スパッタにより全面に堆積させてリソグラフィーにより
アルミニウム６を配線層としてパターニングする。本実
施例ではＳｉエッチ後にタングステンを形成したが、接
合深さの浅い半導体装置ではＳｉエッチング後に、再度
ＢＦ２　注入を行なうことにより、より安定した電気特
性を得ることができる。図２は本実施例によるコンタク
ト抵抗安定化の効果を示す。Ｓｉエッチングによるダメ
ージ層の除去により、コンタクト抵抗は顕著に向上する
。図３にはＳｉエッチ量によるコンタクト歩留りの依存
性を示す。 ２０オングストローム以上のＳｉエッチにより、コンタ
クトの歩留りは著しく向上する。

【００１１】次に本発明による第２の実施例について図
面を参照しながら説明する。図４は本発明による第２の
実施例を工程順に示した縦断面図である。Ｓｉ基板１上
に選択酸化法によりＬＯＣＯＳ酸化膜２を形成した後、
ＢＦ２　イオンを７０ＫｅＶ，５×１０１５ｃｍ−２の
ドーズ量で注入し、導電体領域３を形成する。この上に
（ｂ）に示すごとく層間絶縁膜４を１．５μｍ形成した
後、リソグラフィー技術によりコンタクト孔を開口した
後、ＮＦ３　とＯ２　の混合ガスのプラズマにより導電
体領域３を形成しているＳｉ表面を２０オングストロー
ムエッチングする。この基板に（ｃ）に示すごとく、ス
パッタ，ＣＶＤ等の方法によりチタンと窒化チタンを全
面に堆積させる。これを６００℃以上の温度で急速加熱
することにより、チタン７と導電体領域３の界面のみに
チタンのケイ化物を選択的に形成する。次いで、基板温
度を４００℃とし六フッ化タングステンの水素還元法に
よりタングステン５を全面に堆積することにより、（ｄ
）に示すごとくコンタクト孔内にタングステン５を埋め
込む。次いで（ｅ）に示すごとくタングステン５をエッ
チバックによりコンタクト孔内にのみ残す。この上にア
ルミニウム６を（ｆ）に示すごとくスパッタ等の方法に
より全面に堆積し（ｇ）に示すごとくリソグラフィーに
より配線層としてパターニングする。本実施例では、チ
タン７と窒化チタン８を堆積させた後に急速加熱を行な
ったが、チタンを堆積後に急速加熱を行なってもよい。 また本発明の実施例では、ドライエッチングによるＳｉ
エッチを行なっているが、酸やアルカリ溶液を用いたウ
ェットによる化学エッチングでも同様の効果が得られる
。また、窒化チタンの代わりに、チタンタングステンや
タングステンを用いても同等の効果が得られる。さらに
本発明ではタングステンをエッチングしているが、その
ままパターニングしてもよい。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、コンタ
クト孔開口後に半導体基板表面を少なくとも２０オング
ストローム以上エッチングすることにより、表面・界面
反応を抑制している基板表面のエッチングダメージ層を
除去することにより、安定な電気特性が得られるという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例を工程順に示した縦
断面図である。

【図２】図１によるコンタクト抵抗の安定化の効果を示
したデータ図である。

【図３】図１によるコンタクト歩留りの安定化を示すグ
ラフである。

【図４】本発明による第２の実施例について工程順に示
した縦断面図である。

【図５】従来例を示した縦断面図である。

【図６】他の従来例を示した縦断面図である。

【図７】従来技術の問題点を示すデータ図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板上に形成した導電体層から
   、半導体基板上に形成された絶縁膜に形成されたコンタ
   クトホール内に選択的に形成した金属を介して絶縁膜上
   に形成された配線層との間に電気的な接続を行なう構造
   を有する半導体装置の製造方法において、絶縁膜にコン
   タクトホールを開口した後にコンタクトホール底部に露
   出した導電体層を形成している半導体基板表面を少なく
   とも２０オングストローム以上除去する工程を有するこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】　　上記選択的に形成される金属がタング
   ステン，モリブデン，チタン，白金，コバルト，および
   それらのケイ化物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。
3. 【請求項３】　　上記半導体基板を除去する方法がハロ
   ゲンガスと酸素を用いたプラズマを用いることを特徴と
   する請求項１記載の半導体装置の製造方法。