JPH07183250A - コンタクト形成方法 - Google Patents

コンタクト形成方法

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JPH07183250A
JPH07183250A JP32671193A JP32671193A JPH07183250A JP H07183250 A JPH07183250 A JP H07183250A JP 32671193 A JP32671193 A JP 32671193A JP 32671193 A JP32671193 A JP 32671193A JP H07183250 A JPH07183250 A JP H07183250A
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JP
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film
forming
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contact hole
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JP32671193A
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English (en)
Inventor
Hiromi Sakamoto
弘美 坂本
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 シリコン基板1のN+シリコン層2上にシリ
コンナイトライド膜4を形成した後、NSG膜5及びB
PSG膜6を形成し、コンタクトホール7を形成する。
次に、コンタクトホール7底部のシリコン基板1上の自
然酸化膜を除去し、バリアメタル8を形成した後、タン
グステン9を埋め込み、コンタクトを形成する。 【効果】 低ジャンクションリークで良好な特性を有す
る、高アスペクト比のコンタクトを形成することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高アスペクト比のコン
タクト形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の微細化に伴い、コン
タクトホールの径も微細化し、コンタクトホールの深さ
対径の比(アスペクト比)はますます大きくなってお
り、通常のスパッタによる薄膜形成法ではコンタクトホ
ールの内部にまで配線材料を被覆させることが困難にな
ってきている。
【0003】この問題を解決するものとして従来タング
ステンのような高融点金属の化学気相成長法(CVD
法)がある。全面成長法を用いた場合ではあらかじめT
i、TiNなどのバリアメタルを被覆した後、タングス
テンを全面成長させて、コンタクトホールを埋め込むこ
とができる。
【0004】そして、タングステンを全面成長法により
成長させる場合に必要なTi等の密着層は、タングステ
ンと絶縁膜とを密着させるためだけでなく、タングステ
ン成長時に、タングステンがシリコンを侵食すること
(反応種であるWF6がシリコン基板をアタックするた
め。)を抑制するためのバリヤメタルとして、また、コ
ンタクト抵抗を低減するためにも不可欠である。
【0005】また、近年、LSIの微細化が進み、コン
タクトホールのアスペクト比が大きくなるにつれ、通常
のスパッタによる薄膜形成方法では、コンタクト底部に
バリヤメタルを必要量被覆させ、かつ、続く全面成長タ
ングステンでコンタクトをボイドなくうめこむことが困
難となってきている。なぜならば、メタルのステップカ
バレッジ(上部膜厚に対するコンタクト底部膜厚の比)
が悪いため、バリアメタルを十分コンタクト底部を被覆
させようとすると、コンタクトホールの形部でバリヤメ
タルがはりだして、コンタクトホールをふさぐようにな
るからである。
【0006】この問題点を解決するために、スパッタタ
ーゲットとウエハとの間に、蜂の巣状フィルター(コリ
メーター)を配して、スパッタ粒子の方向性を揃え、メ
タルのステップカバレジを向上させるコリメーションス
パッタ法が研究・開発されている。上記コリメーション
スパッタ法を用いて、TiN/Tiを堆積する、また
は、Tiを堆積した後、窒素中でアニールを行い、表面
を窒化するなどして、バリアメタルを形成し、ブランケ
ットタングステンを埋め込むことで、良好な高アスペク
ト比のコンタクトが形成できるようになった。なお、C
VD法でも、バリアメタルを形成できる。
【0007】次に、図3を用いて、従来のコンタクト形
成方法を説明する。図3は従来のコンタクトホールの形
成工程図である。
【0008】まず、シリコン基板1上に素子分離領域
3、N+シリコン層2からなる素子を形成した後、層間
絶縁膜としてシリコン酸化膜であるNSG膜(非ドープ
トSiO2)5を0.15μm程度とBPSG膜6を
1.05μm程度、CVD法により堆積する(図3
(a))。
【0009】次に、フォトリソグラフィ法により、窓開
けを行い、このシリコン酸化膜5、6をエッチングし、
+シリコン層2上に、コンタクトホール7を開口する
(図3(b)) 。このとき、コンタクトホール7は、
例えば、直径を0.3μm、深さを1.2μmとする。
【0010】次に、コンタクトホール7を形成した後、
シリコン基板1を1%のバッファードフッ酸を60秒間
浸し、シリコン基板1上の自然酸化膜を除去し、その
後、コリメーションスパッタリング法によりTi膜を6
0nm程度、TiN膜を60nm程度連続スパッタし、
バリアメタル8とする(図3(c))。
【0011】次に、例えば、シリコン基板1の温度を4
30℃、圧力を80Torr、WF6とH2の流量をそれ
ぞれ75sccmと500sccmとして、90秒間で
0.6μmの厚さのタングステン9を全面成長させ、コ
ンタクトホール7に埋め込む(図3(d))。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述のバリアメタル8
を堆積する直前には、シリコン基板1又はゲート上の自
然酸化膜をバッファードフッ酸、又はフッ酸でエッチン
グする必要がある。コンタクトホール7を開口した後の
フッ酸クリーニング(例えば、1%のバッファードフッ
酸で、自然酸化膜をエッチングする)する際、シリコン
との界面部分におけるシリコン酸化膜のエッチング速度
が速く、コンタクトホール7の底部の周辺のシリコン酸
化膜(NSG膜)5とシリコン基板1との界面で、図3
(c)の一部拡大図である図4に示すようなくびれが生
じる。そして、そのくびれ部分にはバリアメタル8が十
分にまわり込まず、シリコン基板1表面を十分覆ってい
ないので、次のブランケットタングステン堆積時に、シ
リコン基板1の侵食や、タングステンワームホール(タ
ングステン粒が虫食い状にシリコン基板に侵入)10が
発生する。このため、タングステン成長時に、タングス
テンワームホール10がシリコン基板中に発生し、n+
/pジャンクションを突き抜けるため、ジャンクション
リークが増大する。
【0013】本発明は、良好な特性を有する高アスペク
ト比のコンタクトを得る手段を提供することを目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のコンタクト形成
方法は、半導体基板上にシリコンナイトライド膜を形成
した後、層間絶縁膜を形成し、上記コンタクトホ−ルを
形成する工程と、上記コンタクトホール内の上記半導体
基板表面の自然酸化膜を除去し、バリアメタル層を形成
した後、高融点金属を上記コンタクトホールに埋め込む
ことを特徴とするものである。
【0015】本発明によれば、まず、図1に示すよう
に、素子分離、ゲート電極、ソース・ドレイン等を形成
したシリコン基板1上に、5〜20nmのシリコンナイ
トラド膜4を形成した後、800〜1400nmの層間
絶縁膜となるシリコン酸化膜(BPSG膜5、NSG膜
6)を形成し、シリコン酸化膜5、6及びシリコンナイ
トラド膜4の絶縁層を同一マスクでエッチングして、コ
ンタクトホール7を開口した後、コンタクトホール7の
底部のシリコン基板1表面が露出するように、1%HF
水溶液に浸し、自然酸化膜(図示せず。)をエッチング
し、除去する。
【0016】次に、コリメーション法でTi膜を30〜
90nm程度スパッタリングで堆積させ、続いて、Ti
N膜を50〜90nm程度スパッタリングで堆積させて
バリアメタル8とする。
【0017】次に、WF6とH2とを用いた、ブランケッ
トタングステンCVD法によって、タングステン配線を
形成する。このブランケットタングステンCVD法は、
当該分野での公知の条件の下で実施されるものであって
よい。例えば、タングステンはCVD装置の中に配置し
たシリコン基板1を380〜450℃に加熱し、WF6
の流量を65〜80sccmで、H2の流量を450〜
520sccmとし、圧力を例えば70〜90Torr
として、コンタクトホール7に通常0.4〜0.8μm
の厚さを堆積し、コンタクトホール7を完全に埋め込
む。
【0018】次に、BPSG膜6上のタングステン9を
エッチングして、コンタクトホール埋め込みプラグを形
成し、その上に配線を形成する、又は、ブランケットC
VDタングステン膜をパターニングして配線とし、半導
体装置を製造することができる。
【0019】
【作用】上記構成の形成工程を用いることによって、シ
リコン酸化膜とシリコン基板との界面にシリコンナイト
ライド膜が形成されているので、コンタクトエッチング
後のフッ酸クリーニングの際に生じるコンタクト底部の
エッジのくびれ部でシリコン基板表面が露出せず、ブラ
ンケットタングステン堆積時のシリコン基板侵食や、タ
ングステンワームホールの発生を抑制することができ
る。そのため、ジャンクションリークの増大、特性の劣
化という問題を回避することができる。
【0020】
【実施例】以下、一実施例に基づいて、本発明を詳細に
説明する。
【0021】図1は本発明の一実施例の半導体装置の製
造工程図であり、図2は図1(d)の拡大図である。
【0022】まず、シリコン基板1表面にN+シリコン
層2、素子分離領域3からなる素子を形成した後、拡散
層であるN+シリコン層2が露出するように、1%フッ
酸に90秒浸した後、縦型LPCVD装置を用いて、ジ
クロロシラン(DCS)の流量を約10sccm、アン
モニア(NH3)の流量を約100sccm、圧力を約
15Paとし、温度を約700℃で、20分間加熱し、
約10nmのシリコンナイトライド(SiN)膜4を堆
積する。
【0023】次に、CVD法により、層間絶縁膜とし
て、NSG膜5を約0.15μm、BPSG膜6を約
1.05μm堆積する(図1(a))。
【0024】次に、フォトリソグラフィ法により窓開け
を行い、BPSG膜6、NSG膜5及びシリコンナイト
ライド膜4の3層をCHF3の流量を約52sccm、
Arの流量を約96sccm、CF4の流量を約20s
ccm、圧力を約200mTorr、DCパワーを約7
00Wで約200秒間エッチングし、N+シリコン層2
上にコンタクトホール7を開口する(図1(b))。
尚、上記条件におけるエッチングレートは、BPSG膜
6が約500nm/分、NSG膜5が約350nm/
分、シリコンナイトライド膜4が約130nm/分であ
る。また、本実施例において、コンタクトホール7の直
径は約0.3μm、深さは約1.2μmとする。
【0025】次に、コンタクトホール7を形成した後、
シリコン基板1を1%のバッファードフッ酸に約60秒
間浸し、素子上の自然酸化膜を除去する。その後、コリ
メーションスパッタリング法によりTi膜を約60n
m、TiN膜を約60nm連続スパッタし、バリアメタ
ル8とする(図1(c))。ここで、Ti膜及びTiN
膜のそれぞれの成膜条件はTi膜が約200℃でDCパ
ワーが約8kW、Arの流量が約31sccmでスパッ
タ時間が約48秒間、TiN膜は、DCパワーが約5k
W、Arの流量が約53sccm、N2の流量が約80
ccmでスパッタ時間が約60秒間である。
【0026】1%のバッファードフッ酸で、自然酸化膜
をエッチングする際、NSG膜5のシリコン基板1との
界面部のエッチングレートが速いため、図1(c)の一
部拡大図である図2に示すようなくびれが生じ、このく
びれ部分には、十分なバリアメタルがまわり込まない
が、シリコンナイトライド膜4が存在するため、次の工
程でのタングステン成長時に、シリコン基板1がWF6
ガスにアタックされることなく、タングステンワームホ
ールが発生することがない。
【0027】次に、基板温度を約430℃、圧力を約8
0Torr、WF6とH2との流量をそれぞれ約75sc
cmと約500sccmとして、約90秒間で約0.6
μmの厚さのタングステン9を全面成長させ、コンタク
トホール7に埋め込む(図1(d))。
【0028】その後、絶縁膜上のタングステンをエッチ
ングして、コンタクトホール埋め込みプラグを形成し、
その上に配線を形成する、又は、ブランケットCVDタ
ングステン膜をパターニングして配線とし、半導体装置
を製造することができる。
【0029】
【発明の効果】以上、詳細に説明した様に、本発明を用
いることにより、シリコン酸化膜とシリコン基板との界
面にシリコンナイトライド膜が形成されているので、コ
ンタクトエッチング後のフッ酸クリーニングの際に生じ
るコンタクト底エッジのくびれ部でシリコン基板表面が
露出せず、ブランケットタングステン堆積時のシリコン
基板侵食や、タングステンワームホールの発生を抑制す
ることができる。そのため、低ジャンクションリークで
良好な特性を有する、高アスペクト比のコンタクトを形
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のコンタクト形成工程図であ
る。
【図2】図1(c)の一部拡大図である。
【図3】従来のコンタクト形成工程図である。
【図4】図3(c)の一部拡大図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 N+シリコン層 3 素子分離領域 4 シリコンナイトライド膜 5 NSG膜 6 BPSG膜 7 コンタクトホール 8 バリアメタル 9 タングステン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にシリコンナイトライド膜
    を形成した後、層間絶縁膜を形成し、上記コンタクトホ
    −ルを形成する工程と、 上記コンタクトホール内の上記半導体基板表面の自然酸
    化膜を除去し、バリアメタル層を形成した後、高融点金
    属を上記コンタクトホールに埋め込むことを特徴とする
    コンタクト形成方法。
JP32671193A 1993-12-24 1993-12-24 コンタクト形成方法 Pending JPH07183250A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1237182A3 (en) * 2001-02-19 2002-10-02 Applied Materials, Inc. Aggregate dielectric layer to reduce nitride consumption
WO2012026428A1 (ja) * 2010-08-24 2012-03-01 三洋電機株式会社 太陽電池の製造方法

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