JP2003508909A - シリコン基板上への導電性珪化物層の形成方法および導電性珪化物接点の形成方法 - Google Patents
シリコン基板上への導電性珪化物層の形成方法および導電性珪化物接点の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明はシリコン基板上への導電性珪化物層の形成方法および導電性珪化物接点の形成方法に関する。一実施形態において、シリコン基板上への導電性珪化物層の形成方法は、シリコン基板中のシリコンと酸素を反応させて該基板中のシリコンからシリコン酸化物を生成する。該シリコン酸化物には、化学量論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素が含まれている。該化学量論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素はオゾンへ露出処理されることにより、該不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部が化学量論的二酸化珪素へと変換される。該露出処理後、導電性金属珪化物がシリコン基板中のシリコンと電気的に接続された状態で生成される。一方、一実施形態において、シリコン基板上への導電性珪化物層の形成方法は、シリコン基板中のシリコンと酸素を反応させて該基板中のシリコンからシリコン酸化物を生成する。該シリコン酸化物には、化学量論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素が含まれている。該化学量論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素はＯ２プラズマへ露出処理されることにより該不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部が化学量論的二酸化珪素へと変換される。該露出処理後、金属がシリコン基板中のシリコンと反応して導電性の金属珪化物を生成する。
Description
【０００１】
本発明はシリコン基板上に導電性珪化物層を形成する方法及び導電性珪化物接
点の形成方法に関する。
点の形成方法に関する。
【０００２】
集積回路処理においては、特に単結晶シリコンからなるウェーハ基板中に形成
される隔離能動デバイス領域に電気接点が形成されるのが一般的である。この能
動領域は、一般的に基板表面上に形成された絶縁材上に作られた導電性の高いパ
スあるいはラインによって接続されている。さらに、電気接点はバルクウェーハ
の外側に設けられた他の導電性領域、例えば導電性ライン、接点プラグ、その他
装置にも設けられるのが一般的である。二つの導電性領域間の電気的接続を行な
うために、絶縁層中の開口部を所望の領域へエッチングし、その後に形成される
導電性フィルムによって前記領域との接続をとることが一般的に行なわれる。前
記所望の領域がシリコンを含んでいる場合、かかるシリコン領域へ導電性金属珪
化物インタフェースを形成することによりコンダクタンスを大幅に増加させるこ
とが可能である。
される隔離能動デバイス領域に電気接点が形成されるのが一般的である。この能
動領域は、一般的に基板表面上に形成された絶縁材上に作られた導電性の高いパ
スあるいはラインによって接続されている。さらに、電気接点はバルクウェーハ
の外側に設けられた他の導電性領域、例えば導電性ライン、接点プラグ、その他
装置にも設けられるのが一般的である。二つの導電性領域間の電気的接続を行な
うために、絶縁層中の開口部を所望の領域へエッチングし、その後に形成される
導電性フィルムによって前記領域との接続をとることが一般的に行なわれる。前
記所望の領域がシリコンを含んでいる場合、かかるシリコン領域へ導電性金属珪
化物インタフェースを形成することによりコンダクタンスを大幅に増加させるこ
とが可能である。
【０００３】
設計者は、極めて複雑で性能が高く小型な集積回路をドライブするにあたって
、デバイスサイズを水平面的に小さくすることに努力を払ってきた。また、過剰
な電流密度を避けるため、横方向のスケーリングは必ずしも縦方向の寸法の縮小
化が伴う必要はない。このため特に接点開口部に関しては、一般的にアスペクト
比と称されるデバイス幅に対するデバイス高の比の増加を生じている。
、デバイスサイズを水平面的に小さくすることに努力を払ってきた。また、過剰
な電流密度を避けるため、横方向のスケーリングは必ずしも縦方向の寸法の縮小
化が伴う必要はない。このため特に接点開口部に関しては、一般的にアスペクト
比と称されるデバイス幅に対するデバイス高の比の増加を生じている。
【０００４】
アスペクト比の増加は、電気的接点を作るために絶縁層を通る多数の開口部を
エッチング形成する際に通常用いられる全体エッチング処理において困難な問題
を生ずるものである。例えば、絶縁材を通る電気接点開口部がエッチングされる
一般的絶縁材としてボロフォスフォシリケイトグラス（ＢＰＳＧ）がある。開口
を形成するために、フォトレジストが一般的にはＢＰＳＧ上に堆積され且つパタ
ーン化されるＢＰＳＧ中に接点開口をエッチングする一般的な方法としてはプラ
ズマを用いるかあるいは用いないドライ異方性エッチングがある。エッチングの
結果として、フォトレジストは基板から剥離除去される。エッチングの最終段階
及び除去工程において、シリコン上の接点開口底部に二酸化珪素が生成される。
この除去によって二酸化珪素が不足当量の二酸化珪素へと変換される傾向がある
。ここで「不足当量の二酸化珪素」とはＳｉＯｘを意味し、ここでｘは０より大
きく２より小さい数値である。
エッチング形成する際に通常用いられる全体エッチング処理において困難な問題
を生ずるものである。例えば、絶縁材を通る電気接点開口部がエッチングされる
一般的絶縁材としてボロフォスフォシリケイトグラス（ＢＰＳＧ）がある。開口
を形成するために、フォトレジストが一般的にはＢＰＳＧ上に堆積され且つパタ
ーン化されるＢＰＳＧ中に接点開口をエッチングする一般的な方法としてはプラ
ズマを用いるかあるいは用いないドライ異方性エッチングがある。エッチングの
結果として、フォトレジストは基板から剥離除去される。エッチングの最終段階
及び除去工程において、シリコン上の接点開口底部に二酸化珪素が生成される。
この除去によって二酸化珪素が不足当量の二酸化珪素へと変換される傾向がある
。ここで「不足当量の二酸化珪素」とはＳｉＯｘを意味し、ここでｘは０より大
きく２より小さい数値である。
【０００５】
前記接点開口部底部に残っているシリコン酸化物は導電性接点の形成を妨げる
。かかる影響は対処を要する二つの問題のうちの一つである。例えば、チタンの
二酸化珪素上の接点開口部底部への堆積においては、もし該酸化物が適当に薄け
れば、珪化物の焼きなましに際して該酸化物を通して導電性珪化物接点の形成が
もたらされることが知られている。あるいは、二酸化珪素は、金属堆積直前に、
例えばＨＦあるいは水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を用いた迅速なウエッ
トエッチングにより、またはドライエッチングによって取除くことが可能である
。しかしながら、かかる方法では不足当量の二酸化珪素をエッチングによって、
化学量論的二酸化珪素がエッチングで取除かれる程度まで取除くことができない
。さらに、例え前記金属が前記酸化物上に直接堆積しても、珪化物化は化学量論
的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素双方が存在している接点の全体に渡って均
質には行なわれない。そのため接点底部に形成される珪化物厚にばらつきを生じ
、あるいは部位によっては珪化物が形成されない結果を生じ、基板の接点抵抗の
増加や漏出の問題を生じていた。
。かかる影響は対処を要する二つの問題のうちの一つである。例えば、チタンの
二酸化珪素上の接点開口部底部への堆積においては、もし該酸化物が適当に薄け
れば、珪化物の焼きなましに際して該酸化物を通して導電性珪化物接点の形成が
もたらされることが知られている。あるいは、二酸化珪素は、金属堆積直前に、
例えばＨＦあるいは水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を用いた迅速なウエッ
トエッチングにより、またはドライエッチングによって取除くことが可能である
。しかしながら、かかる方法では不足当量の二酸化珪素をエッチングによって、
化学量論的二酸化珪素がエッチングで取除かれる程度まで取除くことができない
。さらに、例え前記金属が前記酸化物上に直接堆積しても、珪化物化は化学量論
的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素双方が存在している接点の全体に渡って均
質には行なわれない。そのため接点底部に形成される珪化物厚にばらつきを生じ
、あるいは部位によっては珪化物が形成されない結果を生じ、基板の接点抵抗の
増加や漏出の問題を生じていた。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決すべく着手されかつ本発明の完成に至ったもの
である。本発明は付帯のクレームにより字義通りに限定される範囲に限定されて
はならず、その範囲は均等性理論により解釈されるべきものである。
である。本発明は付帯のクレームにより字義通りに限定される範囲に限定されて
はならず、その範囲は均等性理論により解釈されるべきものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明はシリコン基板上に導電性珪化物層を形成する方法および導電性珪化物
接点を形成する方法に関するものである。本発明の一実施形態において、シリコ
ン基板上に導電性珪化物層を形成する方法は、シリコン基板中のシリコンと酸素
を反応させて該基板中のシリコンからシリコン酸化物を生成するものである。こ
のシリコン酸化物には化学量論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素が含まれる
。前記化学量論的二酸化珪素及び不足当量の二酸化珪素はオゾンへ露出されるこ
とにより、前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部が化学量論的二酸化珪素
へと変換される。前記の露出処理後、導電性金属珪化物がシリコン基板中のシリ
コンと電気的に接続された状態で生成される。
接点を形成する方法に関するものである。本発明の一実施形態において、シリコ
ン基板上に導電性珪化物層を形成する方法は、シリコン基板中のシリコンと酸素
を反応させて該基板中のシリコンからシリコン酸化物を生成するものである。こ
のシリコン酸化物には化学量論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素が含まれる
。前記化学量論的二酸化珪素及び不足当量の二酸化珪素はオゾンへ露出されるこ
とにより、前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部が化学量論的二酸化珪素
へと変換される。前記の露出処理後、導電性金属珪化物がシリコン基板中のシリ
コンと電気的に接続された状態で生成される。
【０００８】
本発明の一実施形態において、シリコン基板上に導電性珪化物層を形成する方
法は、シリコン基板中のシリコンと酸素を反応させて該基板中のシリコンからシ
リコン酸化物を生成するものである。このシリコン酸化物には化学量論的二酸化
珪素と不足当量の二酸化珪素が含まれる。前記化学量論的二酸化珪素および不足
当量の二酸化珪素は、酸素ガス（Ｏ２）中へ露出されることにより、不足当量の
二酸化珪素の少なくとも一部が化学量論的二酸化珪素へと変換される。前記の露
出処理後、金属がシリコン基板中のシリコンと反応して導電性金属珪化物が生成
される。
法は、シリコン基板中のシリコンと酸素を反応させて該基板中のシリコンからシ
リコン酸化物を生成するものである。このシリコン酸化物には化学量論的二酸化
珪素と不足当量の二酸化珪素が含まれる。前記化学量論的二酸化珪素および不足
当量の二酸化珪素は、酸素ガス（Ｏ２）中へ露出されることにより、不足当量の
二酸化珪素の少なくとも一部が化学量論的二酸化珪素へと変換される。前記の露
出処理後、金属がシリコン基板中のシリコンと反応して導電性金属珪化物が生成
される。
【０００９】
図１において、半導体ウェーハ片は符号１０で示されている。この半導体ウェ
ーハ片は、図示されたような導電性拡散領域１４がウェーハ片中に形成されたバ
ルク単結晶シリコン半導体基板から成るものである。本明細書の記載においては
、用語「半導体基板」あるいは「半電導性基板」とは、大部分が半導電性である
物質を含む半導電性物質から成るいかなる構造物、以下に限定されないが、例え
ば半導電性ウェーハ（単体及び他の物質との集合体も含む）、及び半導体物質層
（単体及び他の物質を含む集合体も含む）、を意味するものである。用語「基板
」とは支持構造物を指し、例えばこれに限定されないが上述の半導体基板はこの
定義に含まれるものである。また、本記載中において「シリコン基板」とは、単
結晶シリコン材料、多結晶質シリコン材料、及び／又はシリコン複合材料から成
る基板を意味するものである。拡散領域１４は、一例ではあるが、電気的接続が
所望されるシリコン基板上における接続点を構成するものである。
ーハ片は、図示されたような導電性拡散領域１４がウェーハ片中に形成されたバ
ルク単結晶シリコン半導体基板から成るものである。本明細書の記載においては
、用語「半導体基板」あるいは「半電導性基板」とは、大部分が半導電性である
物質を含む半導電性物質から成るいかなる構造物、以下に限定されないが、例え
ば半導電性ウェーハ（単体及び他の物質との集合体も含む）、及び半導体物質層
（単体及び他の物質を含む集合体も含む）、を意味するものである。用語「基板
」とは支持構造物を指し、例えばこれに限定されないが上述の半導体基板はこの
定義に含まれるものである。また、本記載中において「シリコン基板」とは、単
結晶シリコン材料、多結晶質シリコン材料、及び／又はシリコン複合材料から成
る基板を意味するものである。拡散領域１４は、一例ではあるが、電気的接続が
所望されるシリコン基板上における接続点を構成するものである。
【００１０】
基板１２上にはＢＰＳＧ等の電気絶縁層１６が形成されている。この絶縁層１
６上にはマスク層１８が形成されている。マスク層１８の好ましい材料としては
フォトレジストを例示することができ、この場合、接続点部位／拡散領域１４へ
接点開口部をパターン化するために光露光を用いることができる。
６上にはマスク層１８が形成されている。マスク層１８の好ましい材料としては
フォトレジストを例示することができ、この場合、接続点部位／拡散領域１４へ
接点開口部をパターン化するために光露光を用いることができる。
【００１１】
図２では、マスク層１８がパターン化されて層中（好ましくは貫通状態で）か
つ拡散領域１４の上方に図示されたような開口部２０が形成されている。
つ拡散領域１４の上方に図示されたような開口部２０が形成されている。
【００１２】
図３においては、フォトレジスト開口部２０を通して接続点領域１４の上方の
絶縁材層１６中へ、また好ましくは図示されたように絶縁材１６を完全に貫通す
る状態で開口部２１が形成されている。かかるエッチングはプラズマを使用した
あるいは無使用のドライ異方性エッチングで行なうことが好ましく、実質的には
絶縁層１６及び接続点領域１４に対して選択的に行なわれる。ドライエッチング
ガスとしては炭素ハロゲン混合物が例示でき、一例としてＣＦ４を挙げることが
できる。ウエットエッチングあるいは他のエッチング方法によって行なってもよ
い。
絶縁材層１６中へ、また好ましくは図示されたように絶縁材１６を完全に貫通す
る状態で開口部２１が形成されている。かかるエッチングはプラズマを使用した
あるいは無使用のドライ異方性エッチングで行なうことが好ましく、実質的には
絶縁層１６及び接続点領域１４に対して選択的に行なわれる。ドライエッチング
ガスとしては炭素ハロゲン混合物が例示でき、一例としてＣＦ４を挙げることが
できる。ウエットエッチングあるいは他のエッチング方法によって行なってもよ
い。
【００１３】
図４においては、絶縁層１６中へ開口部２１が形成された後、基板からフォト
レジスト層１８が除去されている。かかるフォトレジストを除去する一般的方法
としては、基板を１００°Ｃから３００°Ｃの範囲の温度下で酸素原子、分子及
び／又はラジカルへ露出させる方法を挙げることができる。かかる除去処理によ
って、絶縁材開口部２１内部の例えば指定領域２２において、基板１２中のシリ
コンからシリコン酸化物を生成することが可能となる。かかる酸化物は、化学量
論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素から成るものである。これら化学量論的
二酸化珪素及び不足当量の二酸化珪素は実質的に同質な混合物から成り、図示し
た接点開口部の全体に渡って散在状に形成されている。また、前記化学量論的二
酸化珪素及び不足当量の二酸化珪素の厚みは接点開口部の全体に渡ってほぼ均一
であるか、あるいはかなり異なっている。上記した方法はシリコン酸化物を生成
するものであるが単なる一例である。前記シリコン酸化物は、シリコン基板中の
シリコンと酸素を反応させる他の方法によっても生成することができる。また、
本発明による導電性珪化物接点はマスク材層を欠いていても形成することが可能
である。また、本発明の範囲を広く見た場合、本発明は、絶縁層あるいは他の層
を通して接点の形成を問わずに、シリコン基板上へ導電性珪化物層を形成する方
法を提供するものである。
レジスト層１８が除去されている。かかるフォトレジストを除去する一般的方法
としては、基板を１００°Ｃから３００°Ｃの範囲の温度下で酸素原子、分子及
び／又はラジカルへ露出させる方法を挙げることができる。かかる除去処理によ
って、絶縁材開口部２１内部の例えば指定領域２２において、基板１２中のシリ
コンからシリコン酸化物を生成することが可能となる。かかる酸化物は、化学量
論的二酸化珪素と不足当量の二酸化珪素から成るものである。これら化学量論的
二酸化珪素及び不足当量の二酸化珪素は実質的に同質な混合物から成り、図示し
た接点開口部の全体に渡って散在状に形成されている。また、前記化学量論的二
酸化珪素及び不足当量の二酸化珪素の厚みは接点開口部の全体に渡ってほぼ均一
であるか、あるいはかなり異なっている。上記した方法はシリコン酸化物を生成
するものであるが単なる一例である。前記シリコン酸化物は、シリコン基板中の
シリコンと酸素を反応させる他の方法によっても生成することができる。また、
本発明による導電性珪化物接点はマスク材層を欠いていても形成することが可能
である。また、本発明の範囲を広く見た場合、本発明は、絶縁層あるいは他の層
を通して接点の形成を問わずに、シリコン基板上へ導電性珪化物層を形成する方
法を提供するものである。
【００１４】
図５において、前記化学量論的二酸化珪素及び不足当量の二酸化珪素２２（図
４）は、オゾンに露出されることにより、不足当量の二酸化珪素の少なくとも一
部が化学量論的二酸化珪素へ変換されている。図５では、不足当量の二酸化珪素
のほぼ全部が変換されて化学量論的二酸化珪素領域２４を生成している状態を示
している。前記露出処理の好ましい実施例では、オゾンと酸素ガス（Ｏ２）の混
合ガスをウェーハが収容された反応室中へ送り込んで露出処理を行なっている。
また、好ましい他の実施例として、オゾンとＯ２を別々に反応室へ送り込んで露
出処理を行なっても良い。反応室へ送り込むオゾンの容積流量比は、反応室への
オゾンとＯ２の混合ガス流量比の約３０％から約５０％の範囲内であることが好
ましい。ウェーハの温度は約３００°Ｃから約７００°Ｃの範囲内に維持するこ
とが好ましく、反応槽圧は約２トールから約２０トールの範囲内が好ましく、ま
た本処理は約１０秒から３０秒の時間内で行なうことが好ましい。具体例として
、本露出処理は４００°Ｃ、５トール、２０秒間の条件において行なわれる。さ
らに他の実施例として、オゾンの純ガスをウェーハへ送り込む方法によってもよ
い。
４）は、オゾンに露出されることにより、不足当量の二酸化珪素の少なくとも一
部が化学量論的二酸化珪素へ変換されている。図５では、不足当量の二酸化珪素
のほぼ全部が変換されて化学量論的二酸化珪素領域２４を生成している状態を示
している。前記露出処理の好ましい実施例では、オゾンと酸素ガス（Ｏ２）の混
合ガスをウェーハが収容された反応室中へ送り込んで露出処理を行なっている。
また、好ましい他の実施例として、オゾンとＯ２を別々に反応室へ送り込んで露
出処理を行なっても良い。反応室へ送り込むオゾンの容積流量比は、反応室への
オゾンとＯ２の混合ガス流量比の約３０％から約５０％の範囲内であることが好
ましい。ウェーハの温度は約３００°Ｃから約７００°Ｃの範囲内に維持するこ
とが好ましく、反応槽圧は約２トールから約２０トールの範囲内が好ましく、ま
た本処理は約１０秒から３０秒の時間内で行なうことが好ましい。具体例として
、本露出処理は４００°Ｃ、５トール、２０秒間の条件において行なわれる。さ
らに他の実施例として、オゾンの純ガスをウェーハへ送り込む方法によってもよ
い。
【００１５】
さらに他の好ましい実施例において、オゾンへの露出に際してはＨ２Ｏへの露
出、好ましくは液状のＨ２Ｏへの露出が含まれていてもよい。いずれにせよ、オ
ゾンとＨ２Ｏを反応室外で混合して、混合したオゾンとＨ２Ｏを反応室へ送り込
む。この処理は図９に概略的に実施例として示されている。ここではウェーハ１
０を反応室３０内へ収容する。適当なバブラー装置３２を反応室３０の外側に設
置し、この装置から反応室３０へ給送管３４を配する。図に示すように液状のＨ ２ Ｏをガス状のオゾン（Ｏ３）流（好ましくは酸素（Ｏ２）とオゾン（Ｏ３）の
混合ガス）と共にバブラー３２へ送り込み、バブラー中で泡状の混合液へと調製
する。この液状化されたガス流は給送管３４を経由して反応室３０へ送り込まれ
る。給送管３４中におけるオゾンの濃度は水に対して約０．１から約５．０ｐｐ
ｍの濃度範囲内であることが好ましい。好ましい処理時間は１ないし５分間の範
囲内であり、通常気圧及び室温下で処理することが好ましい。上記の好ましい処
理においては、層２２から層２４へと形成されあるいは変換される層の厚みは３
０から４０オングストロームの範囲内に自己制御される。
出、好ましくは液状のＨ２Ｏへの露出が含まれていてもよい。いずれにせよ、オ
ゾンとＨ２Ｏを反応室外で混合して、混合したオゾンとＨ２Ｏを反応室へ送り込
む。この処理は図９に概略的に実施例として示されている。ここではウェーハ１
０を反応室３０内へ収容する。適当なバブラー装置３２を反応室３０の外側に設
置し、この装置から反応室３０へ給送管３４を配する。図に示すように液状のＨ ２ Ｏをガス状のオゾン（Ｏ３）流（好ましくは酸素（Ｏ２）とオゾン（Ｏ３）の
混合ガス）と共にバブラー３２へ送り込み、バブラー中で泡状の混合液へと調製
する。この液状化されたガス流は給送管３４を経由して反応室３０へ送り込まれ
る。給送管３４中におけるオゾンの濃度は水に対して約０．１から約５．０ｐｐ
ｍの濃度範囲内であることが好ましい。好ましい処理時間は１ないし５分間の範
囲内であり、通常気圧及び室温下で処理することが好ましい。上記の好ましい処
理においては、層２２から層２４へと形成されあるいは変換される層の厚みは３
０から４０オングストロームの範囲内に自己制御される。
【００１６】
図１０は反応室３０における別の処理例を示すものである。ここではＨ２Ｏと
Ｏ３が別々に反応室３０へ送り込まれる。
Ｏ３が別々に反応室３０へ送り込まれる。
【００１７】
図６に示す処理においては、不足当量の二酸化珪素の全てが化学量論的二酸化
珪素へと変換されていて、その後に開口部２１から二酸化珪素層２４が全て除去
されていることが好ましい。層２４の除去はウエットエッチングあるいは他のエ
ッチングによって行なうことが可能である。ウエットエッチングの具体例として
は、重量比で１００部のＨ２Ｏ、１部のＨＦ、１部のＴＭＡＨから成るエッチ液
へ２７．６°Ｃ、通常気圧下で１−２分間露出させることによって除去を行なう
ことができる。ウエットエッチングの他の具体例としては、同一の温度気圧条件
及び処理時間において、重量比でフッ化アンモニウム３３％、リン酸（Ｈ３ＰＯ ４ ）３％、Ｈ２Ｏ６４％から成るエッチ液を用いる方法がある。他に実施例とし
ては、Ａｒ／Ｈ２、Ｈ２／ＮＦ３、Ａｒ／Ｃｌ２等の混合ガスを用いてプラズマ
を発生させるドライエッチング法を挙げることができる。次いで、金属層３６（
例えば１または２以上の元素状態あるいは合金形態）を好ましくは堆積させて絶
縁材層２１内部へ該金属層を形成する。あるいは、特に好ましくはないが、絶縁
材開口部２１内部から領域２４を除去しないまま絶縁材開口部２１内へ金属を処
理してもよい。図７は、従来法または最新の珪化物化処理を施された金属３６を
基板中のシリコンと反応させて導電性金属珪化物領域４０を形成した状態を示し
ている。処理例としては、７００−８００°Ｃで１０−３０秒間処理するＲＴＰ
を挙げることが出来る。
珪素へと変換されていて、その後に開口部２１から二酸化珪素層２４が全て除去
されていることが好ましい。層２４の除去はウエットエッチングあるいは他のエ
ッチングによって行なうことが可能である。ウエットエッチングの具体例として
は、重量比で１００部のＨ２Ｏ、１部のＨＦ、１部のＴＭＡＨから成るエッチ液
へ２７．６°Ｃ、通常気圧下で１−２分間露出させることによって除去を行なう
ことができる。ウエットエッチングの他の具体例としては、同一の温度気圧条件
及び処理時間において、重量比でフッ化アンモニウム３３％、リン酸（Ｈ３ＰＯ ４ ）３％、Ｈ２Ｏ６４％から成るエッチ液を用いる方法がある。他に実施例とし
ては、Ａｒ／Ｈ２、Ｈ２／ＮＦ３、Ａｒ／Ｃｌ２等の混合ガスを用いてプラズマ
を発生させるドライエッチング法を挙げることができる。次いで、金属層３６（
例えば１または２以上の元素状態あるいは合金形態）を好ましくは堆積させて絶
縁材層２１内部へ該金属層を形成する。あるいは、特に好ましくはないが、絶縁
材開口部２１内部から領域２４を除去しないまま絶縁材開口部２１内へ金属を処
理してもよい。図７は、従来法または最新の珪化物化処理を施された金属３６を
基板中のシリコンと反応させて導電性金属珪化物領域４０を形成した状態を示し
ている。処理例としては、７００−８００°Ｃで１０−３０秒間処理するＲＴＰ
を挙げることが出来る。
【００１８】
前記層３６の例としては、チタン、コバルト、タングステン等の耐熱性金属を
挙げることが出来る。かかる金属は化学蒸着、物理的蒸着、あるいは示されたど
の部位にも金属を堆積できる他の方法によって堆積させることができる。さらに
他の実施例として、ウェーハ全体に珪化物を堆積させてもよい。さらに、最も好
ましい方法として、金属を層へ堆積させる際に該金属が堆積過程において基板中
のシリコンと反応して珪化物を生成し該金属が基板へ接触させる方法が挙げられ
る。この方法は二酸化珪素及び／又は他の非シリコン表面上への金属の堆積にも
用いられる。特定の化学蒸着法を用いて本発明方法のさらに好ましい方法とする
具体例として、反応槽へのガス流速をＴｉＣｌ４（３００ｓｃｃｍ／分）、Ｈ２ Ｏ（５００ｓｃｃｍ／分）、アルゴン（５０００ｓｃｃｍ／分）とし、ウェーハ
／反応槽温度６５０°Ｃ、反応槽内圧５トール、ＲＦ電力５００ワットの条件下
において平行平板容量結合型反応槽中で約７５秒で処理を行なう方法が挙げられ
る。
挙げることが出来る。かかる金属は化学蒸着、物理的蒸着、あるいは示されたど
の部位にも金属を堆積できる他の方法によって堆積させることができる。さらに
他の実施例として、ウェーハ全体に珪化物を堆積させてもよい。さらに、最も好
ましい方法として、金属を層へ堆積させる際に該金属が堆積過程において基板中
のシリコンと反応して珪化物を生成し該金属が基板へ接触させる方法が挙げられ
る。この方法は二酸化珪素及び／又は他の非シリコン表面上への金属の堆積にも
用いられる。特定の化学蒸着法を用いて本発明方法のさらに好ましい方法とする
具体例として、反応槽へのガス流速をＴｉＣｌ４（３００ｓｃｃｍ／分）、Ｈ２ Ｏ（５００ｓｃｃｍ／分）、アルゴン（５０００ｓｃｃｍ／分）とし、ウェーハ
／反応槽温度６５０°Ｃ、反応槽内圧５トール、ＲＦ電力５００ワットの条件下
において平行平板容量結合型反応槽中で約７５秒で処理を行なう方法が挙げられ
る。
【００１９】
図８においては、金属は堆積されているが、層３６の部分は基板１２中のシリ
コンへは直接露出されていないので反応は起こらず珪化物は生成されない。その
ため前記接点開口部底部に残っている領域４０は従来法あるいは最新の方法によ
って除去することができる。除去方法の例として、ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２ Ｏ混合液（容積比で１：１：５）中へ６５°Ｃで５分間浸漬する方法を挙げるこ
とが出来る。開口部２１の残存部分は、拡散領域１４への導電性プラグ接点形成
のために最終的には導電性材で充填される。
コンへは直接露出されていないので反応は起こらず珪化物は生成されない。その
ため前記接点開口部底部に残っている領域４０は従来法あるいは最新の方法によ
って除去することができる。除去方法の例として、ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２ Ｏ混合液（容積比で１：１：５）中へ６５°Ｃで５分間浸漬する方法を挙げるこ
とが出来る。開口部２１の残存部分は、拡散領域１４への導電性プラグ接点形成
のために最終的には導電性材で充填される。
【００２０】
不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部を化学量論的二酸化珪素へ変換する他
の方法として、プラズマ反応槽中でＯ２プラズマへ露出させる方法がある。平行
平板容量結合型反応槽を用いた好ましい具体例においては、圧力２−１０トール
、サセプタ温度約４００−約５００°Ｃ、電力約３００−約７００ワット、ガス
流としてＯ２約１００−５００ｓｃｃｍ、アルゴン約１０００−２０００ｓｃｃ
ｍ、反応時間約１０−６０秒間で反応が行なわれる。さらに好ましい具体例にお
ける条件は圧力が５トール、サセプタ温度が４５０°Ｃ、ガス流としてＯ２が３
００ｓｃｃｍ、アルゴンが１５００ｓｃｃｍ、電力が５００ワット、反応時間が
４５秒間である。
の方法として、プラズマ反応槽中でＯ２プラズマへ露出させる方法がある。平行
平板容量結合型反応槽を用いた好ましい具体例においては、圧力２−１０トール
、サセプタ温度約４００−約５００°Ｃ、電力約３００−約７００ワット、ガス
流としてＯ２約１００−５００ｓｃｃｍ、アルゴン約１０００−２０００ｓｃｃ
ｍ、反応時間約１０−６０秒間で反応が行なわれる。さらに好ましい具体例にお
ける条件は圧力が５トール、サセプタ温度が４５０°Ｃ、ガス流としてＯ２が３
００ｓｃｃｍ、アルゴンが１５００ｓｃｃｍ、電力が５００ワット、反応時間が
４５秒間である。
【図１】
図１は本発明の処理工程における半導体ウェーハ片の概略断片図である。
【図２】
図２は図１に示す処理工程に後続する処理工程における図１のウェーハを示す
図である。
図である。
【図３】
図３は図２に示す処理工程に後続する処理工程における図１のウェーハを示す
図である。
図である。
【図４】
図４は図３に示す処理工程に後続する処理工程における図１のウェーハを示す
図である。
図である。
【図５】
図５は図４に示す処理工程に後続する処理工程における図１のウェーハを示す
図である。
図である。
【図６】
図６は図５に示す処理工程に後続する処理工程における図１のウェーハを示す
図である。
図である。
【図７】
図７は図６に示す処理工程に後続する処理工程における図１のウェーハを示す
図である。
図である。
【図８】
図８は図７に示す処理工程に後続する処理工程における図１のウェーハを示す
図。
図。
【図９】
図９本発明の一実施形態にかかる方法における反応室への供給の概略概念図。
【図１０】
本発明の一実施形態にかかる方法における別の、反応室への供給の概略概念図
。
。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ
，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，
ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，
ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ
Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ
，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，
ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ
Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ
，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，
ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ
Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ
，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，
ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 ギルトン， テリー， エル．
アメリカ合衆国， アイダホ州 83706，
ボイズ， イースト ネイチャー ドラ
イブ 3149
Ｆターム(参考） 4M104 AA01 BB20 BB25 BB28 DD02
DD07 DD08 DD09 DD21 DD23
DD28 DD78 DD84 HH15
5F033 KK01 KK25 KK27 KK28 QQ12
QQ16 QQ19 QQ37 QQ70 QQ73
QQ76 QQ89 QQ92 QQ94 RR15
WW04 XX09
【要約の続き】
論的二酸化珪素へと変換される。該露出処理後、金属が
シリコン基板中のシリコンと反応して導電性の金属珪化
物を生成する。
Claims (32)
- 【請求項１】 シリコン基板中のシリコンと酸素を反応させることにより、
前記基板中のシリコンとのシリコン酸化物であって、化学量論的二酸化珪素と不
足当量の二酸化珪素からなるシリコン酸化物を生成する工程と、 前記化学量論的二酸化珪素および前記不足当量の二酸化珪素をオゾンへ露出さ
せて前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部を化学量論的二酸化珪素へ変換
する工程と、 前記露出処理後に、シリコン基板中のシリコンと電気的に接続された状態で導
電性金属珪化物を生成する工程と、 から構成されることを特徴とするシリコン基板上への導電性珪化物層の形成方
法。 - 【請求項２】 前記化学量論的二酸化珪素および前記不足当量の二酸化珪素
をオゾンと共にＨ２Ｏへ露出させる工程を含むことを特徴とする前記請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 前記露出処理が反応室中で行なわれ、前記反応室の外部でオ
ゾンとＨ２Ｏを混合し混合されたオゾン及びＨ２Ｏを前記反応室内へ送り込むこ
とを特徴とする前記請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記露出処理が反応室中で行なわれ、オゾンとＨ２Ｏを別々
に前記反応室内へ送り込むことを特徴とする前記請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】 オゾンがＨ２Ｏに対する濃度で約０．１ｐｐｍから５．０ｐ
ｐｍ存在することを特徴とする前記請求項２に記載の方法。 - 【請求項６】 前記化学量論的二酸化炭素が露出処理を受けるＨ２Ｏは液状
のＨ２Ｏであることを特徴とする前記請求項２に記載の方法。 - 【請求項７】 前記露出処理が反応室中で行なわれ、前記オゾンがガス状で
Ｏ２と共に反応室へ送り込まれることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記反応室へ送り込まれる前記オゾンの容積流量比が、前記
反応室へのオゾンとＯ２の混合流量の約３０−５０％であることを特徴とする前
記請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記露出処理後に、変換された化学量論的二酸化珪素を前記
金属との反応前に除去することを特徴とする前記請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 シリコン基板上へ絶縁材を形成する工程と、 電気的接続が必要とされる前記シリコン基板上の接続点部位上方の前記絶縁材
中に開口部を形成する工程と、 前記開口部内の前記基板中のシリコンから、化学量論的二酸化珪素と不足当量
の二酸化珪素とからなるシリコン酸化物を形成する工程と、 前記化学量論的二酸化珪素および前記不足当量の二酸化珪素をオゾンへ露出さ
せて前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部を化学量論的二酸化珪素へ変換
する工程と、 前記露出処理後、前記開口部内の前記シリコン基板中のシリコンと電気的に接
続された状態で導電性金属珪化物を形成する工程と、 から構成されることを特徴とする導電性珪化物接点の形成方法。 - 【請求項１１】 前記露出処理後に、変換された化学量論的二酸化珪素を前
記開口部内に前記金属を形成する前に前記開口部から除去することを特徴とする
前記請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記除去処理がウエットエッチングで行なわれることを特
徴とする前記請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記除去処理がドライエッチングで行なわれることを特徴
とする前記請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記露出処理により実質的に全ての前記不足当量の二酸化
珪素が化学量論的二酸化珪素へと変換され、前記露出処理後に、前記開口部から
実質的に全ての化学量論的二酸化珪素を前記開口部内へ前記金属を形成する前に
除去することを特徴とする前記請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記絶縁材の上方へマスク層を形成し、前記接続点の上方
へマスク層を通して開口部を形成し、 前記絶縁材中への前記開口部は前記マスク層中の開口部を通して形成され、 前記絶縁材層中へ前記開口部を形成した後、前記基板からマスク層を除去し、 前記除去処理中に前記不足当量の二酸化珪素が形成される、 ことを特徴とする前記請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記化学量論的二酸化珪素および不足当量の二酸化珪素を
オゾンとともにＨ２Ｏへ露出させることを特徴とする前記請求項１０に記載の方
法。 - 【請求項１７】 前記露出処理は反応室中で行なわれ、反応室の外部でオゾ
ンをＨ２Ｏと混合し、混合したオゾンとＨ２Ｏを反応室へ送り込むことを特徴と
する前記請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記露出処理は反応室中で行なわれ、反応室内へオゾンと
Ｈ２Ｏを別々に送り込むことを特徴とする前記請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記オゾンがＨ２Ｏに対する濃度として０．１ｐｐｍから
５．０ｐｐｍの範囲内で存在することを特徴とする前記請求項１６に記載の方法
。 - 【請求項２０】 前記化学量論的二酸化珪素が露出処理されるＨ２Ｏが液状
のＨ２Ｏであることを特徴とする前記請求項１６に記載の方法。 - 【請求項２１】 前記露出処理は反応室中で行なわれ、反応室内へオゾンが
Ｈ２Ｏと混合されたガス状で送り込まれることを特徴とする前記請求項１０に記
載の方法。 - 【請求項２２】 前記オゾンが、前記反応室へのオゾンとＯ２の混合流量の
約３０−５０％の容積流量比で前記反応室へ送り込まれることを特徴とする前記
請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 シリコン基板上方へ絶縁材層を形成する工程と、 前記絶縁材層の上方へマスク層を形成する工程と、 前記マスク層をパターン化してマスク層中に開口部を形成する工程と、 電気的接続が必要とされる前記シリコン基板上の接続点部位上方のマスク層開
口部の少なくとも一つを通して前記絶縁材層中へ開口部を形成する工程と、 前記絶縁材層中への開口部の形成後、前記基板から前記マスク層を除去して前
記絶縁材開口部内の基板中のシリコンとのシリコン酸化物であって化学量論的二
酸化珪素と不足当量の二酸化珪素とからなるシリコン酸化物を生成する工程と、 前記化学量論的二酸化珪素および前記不足当量の二酸化珪素をオゾンへ露出さ
せて前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部を化学量論的二酸化珪素へ変換
する工程と、 前記露出処理後に、前記開口部から変換された化学量論的二酸化珪素を除去す
る工程と、 前記開口部から変換された化学量論的二酸化珪素を除去した後、前記開口部内
の前記シリコン基板と電気的に接続した状態で導電性金属珪化物を形成する工程
と、 から構成される導電性珪化物接点の形成方法。 - 【請求項２４】 前記露出処理により実質的に全ての前記不足当量の二酸化
珪素が化学量論的二酸化珪素へ変換され、前記露出処理後に、前記開口部から実
質的に全ての化学量論的二酸化珪素を前記開口部内へ前記金属を形成する前に除
去することを特徴とする前記請求項２３に記載の方法。 - 【請求項２５】 シリコン基板中のシリコンと酸素を反応させることにより
、前記基板中のシリコンとのシリコン酸化物であって化学量論的二酸化珪素と不
足当量の二酸化珪素とからなるシリコン酸化物を生成する工程と、 前記化学量論的二酸化珪素および前記不足当量の二酸化珪素をＯ２プラズマへ
露出させて前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部を化学量論的二酸化珪素
へ変換する工程と、 前記露出処理後に、シリコン基板中のシリコンと電気的に接続された状態で導
電性金属珪化物を形成する工程と、 から構成されることを特徴とするシリコン基板上への導電性珪化物層の形成方
法。 - 【請求項２６】 前記露出処理後に前記金属との反応前に変換された化学量
論的二酸化珪素を除去することを特徴とする前記請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 シリコン基板上へ絶縁材層を形成する工程と、 電気的接続が必要とされる前記シリコン基板上の接続点部位上方の前記絶縁材
層中へ開口部を形成する工程と、 前記開口部内の前記基板中のシリコンから、化学量論的二酸化珪素と不足当量
の二酸化珪素シリコン酸化物とからなるシリコン酸化物を生成する工程と、 前記化学量論的二酸化珪素および前記不足当量の二酸化珪素をＯ２プラズマへ
露出させて前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部を化学量論的二酸化珪素
へ変換する工程と、 前記露出処理後、前記開口部内の前記シリコン基板中のシリコンと電気的に接
続した状態で導電性金属珪化物を形成する工程と、 から構成されることを特徴とする導電性珪化物接点の形成方法。 - 【請求項２８】 前記露出処理後に変換された化学量論的二酸化珪素を、前
記開口部内に前記金属を形成する前に、前記開口部から除去することを特徴とす
る前記請求項２７に記載の方法。 - 【請求項２９】 前記露出処理により実質的に全ての前記不足当量の二酸化
珪素が化学量論的二酸化珪素へ変換され、前記露出処理後に、前記開口部から実
質的に全ての化学量論的二酸化珪素を前記開口部内へ前記金属を形成する前に除
去することを特徴とする前記請求項２７に記載の方法。 - 【請求項３０】 前記絶縁材の上方へマスク層を形成し、前記接続点の上方
へマスク層を通して開口部を形成し、 前記絶縁材中への前記開口部は前記マスク層中の開口部を通して形成され、 前記絶縁材層中へ前記開口部を形成した後、前記基板からマスク層を除去し、 前記除去処理中に前記不足当量の二酸化珪素が優位的に形成される、 ことを特徴とする前記請求項２７に記載の方法。 - 【請求項３１】 シリコン基板上方へ絶縁材層を形成する工程と、 前記絶縁材層の上方へマスク層を形成する工程と、 前記マスク層をパターン化してマスク層中に開口部を形成する工程と、 電気的接続が必要とされる前記シリコン基板上の接続点部位上方のマスク層開
口部の少なくとも一つを通して前記絶縁材層中へ開口部を形成する工程と、 前記絶縁材層中への開口部の形成後、前記基板から前記マスク層を除去して前
記絶縁材開口部内の基板中のシリコンとのシリコン酸化物であって化学量論的二
酸化珪素と不足当量の二酸化珪素とからなるシリコン酸化物を生成する工程と、 前記化学量論的二酸化珪素および前記不足当量の二酸化珪素をＯ２プラズマへ
露出させて前記不足当量の二酸化珪素の少なくとも一部を化学量論的二酸化珪素
へ変換する工程と、 前記露出処理後に、前記開口部から変換された化学量論的二酸化珪素を除去す
る工程と、 前記開口部から変換された化学量論的二酸化珪素を除去した後、前記開口部内
の前記シリコン基板と電気的に接続された状態で導電性金属珪化物を形成する工
程と、 から構成される導電性珪化物接点の形成方法。 - 【請求項３２】 前記露出処理により実質的に全ての前記不足当量の二酸化
珪素が化学量論的二酸化珪素へ変換され、前記露出処理後に、前記開口部から実
質的に全ての化学量論的二酸化珪素を前記開口部内へ前記金属を形成する前に除
去することを特徴とする前記請求項３１に記載の方法。
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