JP2007013091A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的な接続の信頼性が確保される半導体装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板１の表面上に１対のソース・ドレイン領域４ａ，４ｂが形成された島状シリコン層４が形成されている。島状シリコン層４上に絶縁膜５を介在させてゲート電極６が形成され、そのゲート電極６を覆うように層間絶縁膜７が形成されている。層間絶縁膜７および絶縁膜５にコンタクトホール９が形成され、そのコンタクトホール９内にプラグ１０ａ，１０ｂが形成されている。コンタクトホール９は、島状シリコン層４を貫通するように形成され、島状シリコン層４を貫通するコンタクトホール９ａと、コンタクトホール９ａよりも大きい開口断面積を有するコンタクトホールの部分９ｂとにより構成される。コンタクトホール９内に露出した島状シリコン層４の部分に高濃度領域４ｄが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、コンタクトホールを介して電気的な接続が行なわれる半導体装置と、そのような半導体装置の製造方法に関するものである。

液晶表示装置などの表示機能を備えた半導体装置では、画像表示を制御するために薄膜トランジスタが形成されている。そのような薄膜トランジスタが形成された半導体装置の一例として、特許文献１に記載された半導体装置について説明する。

半導体装置では、まず、ガラス基板の表面上に所定の下地膜を介在させて島状シリコン層が形成されている。その島状シリコン層には、間隔を隔てて所定導電型の不純物を含有する１対のソース・ドレイン領域が形成されている。その１対のソース・ドレイン領域によって挟まれた島状シリコン層の領域に、チャネル領域が形成されている。

その島状シリコン層を覆うようにガラス基板上にゲート絶縁膜として絶縁膜が形成され、チャネル領域の直上に位置する絶縁膜の部分上にゲート電極が形成されている。１対のソース・ドレイン領域およびゲート電極によって薄膜トランジスタが構成される。そのゲート電極を覆うように、ガラス基板上に層間絶縁膜が形成されている。層間絶縁膜および絶縁膜には、島状シリコン層におけるソース・ドレイン領域を露出するコンタクトホールが形成されている。そのコンタクトホール内には、ソース・ドレイン領域に電気的に接続されるプラグがそれぞれ形成されている。薄膜トランジスタとして、正常な動作を確保するためには、プラグの底面と島状シリコン層に形成されたソース・ドレイン領域とが常に電気的に良好に接続されていることが求められる。
特開２００１−２９６５５２号公報

しかしながら、従来の半導体装置では次のような問題点があった。半導体装置に使用されるガラス基板には大面積化が求められている。ガラス基板の面積が大きくなると、たとえばガラス基板の表面に所定の膜を形成したり、その膜にエッチング等の加工を施すなどの所定のプロセスを施す際に、ガラス基板の面内において均一に行なうことが困難になり、ガラス基板面内における膜厚のばらつきや、エッチングレートのばらつきが顕在化してくる。

また、半導体装置では、ソース・ドレイン領域が形成される島状シリコン層の厚さは約５０ｎｍであるのに対して、コンタクトホールが形成される層間絶縁膜および絶縁膜の厚さは約３００μｍ以上であるため、層間絶縁膜および絶縁膜の厚さに比べて島状シリコン層の厚さが相対的に薄い構造となっている。

このように、層間絶縁膜等の厚さに比べて島状シリコン層の厚さが相対的に薄い構造であって、しかも、ガラス基板面内においてプロセスの均一性が悪化する状況のもとで、プラグをソース・ドレイン領域に電気的に確実に接続させようとすれば、プラグを形成するためのコンタクトホールを形成する際に十分なエッチングを施す必要がある。そうすると、ガラス基板面内においては、島状シリコン層を貫通してコンタクトホールが形成される部分（領域）が生じることになる。

コンタクトホールが島状シリコン層を貫通して形成されると、コンタクトホール内に形成されるプラグは、島状シリコン層に形成されるソース・ドレイン領域とはコンタクトホールの側壁に露出した島状シリコン層の厚みに相当する部分だけで電気的に接触することになる。このため、薄膜トランジスタが駆動すると、この接触部分において局所的に熱が発生することになる。

このような状況のもとで半導体装置が長期間稼動すると、接触部分におけるプラグやシリコン等に劣化が生じて、プラグとソース・ドレイン領域との良好な電気的な接続を維持することができなくなる。その結果、半導体装置の信頼性が損なわれてしまう。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は電気的な接続の信頼性が確保される半導体装置を提供することであり、他の目的はそのような半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、第１絶縁膜と半導体層と第２絶縁膜とコンタクトホールと導電体部とを有している。第１絶縁膜は所定の基板の主表面上に形成されている。半導体層は第１絶縁膜上に形成され、所定導電型の不純物を含有する。第２絶縁膜は半導体層を覆うように第１絶縁膜上に形成されている。コンタクトホールは第２絶縁膜に形成され、半導体層の表面を露出する。導電体部はコンタクトホール内に形成され、半導体層と電気的に接続される。コンタクトホールは第１コンタクトホールと第２コンタクトホールを備え、第１コンタクトホールは第１開口断面積を有して少なくとも半導体層の部分に形成され、半導体層の部分を側壁に露出する。第２コンタクトホールは第１コンタクトホールに繋がるように第２絶縁膜の部分に形成され、第１開口断面積よりも大きい第２開口断面積を有して半導体層の上面部分を露出する。そして、コンタクトホール内に露出した半導体層の表面部分における所定の導電型の不純物濃度が、半導体層における他の部分の不純物濃度よりも高く設定されている。

本発明に係る半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。所定基板の主表面上に第１絶縁膜を形成する。その第１絶縁膜上に所定導電型の不純物を含有する半導体層を形成する。その半導体層を覆うように第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成する。第２絶縁膜および半導体層に、半導体層の表面を露出するコンタクトホールを形成する。そのコンタクトホール内に、半導体層と電気的に接続される導電体部を形成する。コンタクトホールを形成する工程は、所定の開口断面積を有して側壁に半導体層の部分の表面を露出するように、第２絶縁膜および半導体層に加工を施す第１工程と、第２絶縁膜に所定の加工を施して所定の開口断面積を広げることにより、半導体層の上面部分を露出する第２工程とを備えている。そして、コンタクトホールを形成した後導電体部を形成する前に、コンタクトホール内に露出した半導体層の表面部分の不純物濃度を、半導体層における他の部分の不純物濃度よりも高くする不純物導入工程を備えている。

本発明に係る半導体装置によれば、コンタクトホール内に形成される導電体部は、半導体層とは、コンタクトホール内に露出した半導体層の側面部分に加えて上面部分においても接触することになる。しかも、導電体部と接触する半導体層の部分の不純物濃度がより高く設定されている。これにより、導電体部と半導体層との接触面積が増加するとともに、接触抵抗の低減が図られ、その結果、半導体装置の電気的信頼性を向上することができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、所定基板の大型化と、第２絶縁膜の厚さに比べて半導体層の厚さが相対的に薄いことに伴って、導電体部を半導体層に電気的に確実に接続させようとすれば、所定基板面内において、半導体層を貫通してコンタクトホールが形成される部分が生じても、第２工程によって半導体層の上面が露出して導電体部と半導体層との接触面積が増加する。さらに、不純物導入工程により、露出した半導体層の部分の不純物濃度が高くなる。これにより、導電体部と半導体層との接触面積が増加するとともに、接触抵抗の低減が図られて、半導体装置の電気的信頼性を向上することができる。

実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る半導体装置について説明する。図１に示すように、ガラス基板１の表面上に、たとえばシリコン窒化膜などからなる第１下地膜２および第２下地膜３が形成されている。その第２下地膜３上に島状シリコン層４が形成されている。その島状シリコン層４には、間隔を隔てて所定導電型の不純物を含有する１対のソース・ドレイン領域４ａ，４ｂが形成されている。その１対のソース・ドレイン領域によって挟まれた島状シリコン層４の領域には、チャネル領域４ｃが形成されている。

その島状シリコン層４を覆うようにガラス基板１上に、ゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜などからなる絶縁膜５が形成されている。チャネル領域４ｃの直上に位置する絶縁膜５の部分上にゲート電極６が形成されている。そのゲート電極６を覆うように、ガラス基板１上に、たとえばシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜７が形成されている。層間絶縁膜７および絶縁膜５には、島状シリコン層４におけるソース・ドレイン領域４ａ，４ｂを露出するコンタクトホール９が形成されている。そのコンタクトホール９内には、ソース・ドレイン領域４ａ，４ｂに電気的に接続されるプラグ１０ａ，１０ｂがそれぞれ形成されている。

コンタクトホール９は、島状シリコン層４を貫通するように形成され、島状シリコン層４を貫通しているコンタクトホールの部分９ａと、そのコンタクトホールの部分９ａに繋がって、コンタクトホールの部分９ａの開口断面積よりも大きい開口断面積を有するコンタクトホールの部分９ｂとにより構成される。

そのコンタクトホール９内に露出した島状シリコン層４の部分、すなわち、コンタクトホールの部分９ａとコンタクトホールの部分９ｂとの繋ぎ目部分に露出した島状シリコン層４の上面からコンタクトホールの部分９ａの側壁に露出した島状シリコン層４にかけての部分に不純物濃度のより高い高濃度領域４ｄが形成されている。その高濃度領域４ｄにおける不純物濃度は、島状シリコン層４に形成されたソース・ドレイン領域４ａ，４ｂの不純物濃度（約１０¹⁹〜１０²¹ions/cm³）よりも約２〜３０倍程度高く設定されている。

上述した半導体装置では、ゲート電極６および１対のソース・ドレイン領域４ａ，４ｂによって薄膜トランジスタが構成される。コンタクトホール９内に形成されるプラグ１０ａ，１０ｂは、ソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとは、コンタクトホール９内に露出した島状シリコン層４の側面部分に加えて上面部分においても接触することになる。しかも、プラグ１０ａ，１０ｂと接触するソース・ドレイン領域の部分には高濃度領域４ｄが形成されている。これにより、従来の半導体装置と比べて、プラグ１０ａ，１０ｂとソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとの接触面積が増加するとともに、接触抵抗の低減が図られて、薄膜トランジスタの駆動に伴う発熱を低減することができる。この効果については、以下の実施の形態において詳しく説明する。

実施の形態２
次に、実施の形態１において説明した半導体装置の製造方法の一例について説明する。図２に示すように、ガラス基板１の主表面上に第１下地膜２が形成される。その第１下地膜２上にさ
らに第２下地膜３が形成される。その第２下地膜３上にアモルファスシリコン膜（図示せず）が形成される。そのアモルファスシリコン膜に所定の加熱処理またはレーザアニール処理を施すことにより、アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変化させる。その多結晶シリコン膜に所定の微細加工技術を施して、多結晶シリコン膜を島状に加工することにより、島状シリコン層４が形成される。

次に、その島状シリコン層４を覆うようにゲート絶縁膜となる絶縁膜５が形成される。その絶縁膜５上にゲート電極となる所定の金属膜（図示せず）が形成される。その金属膜に所定の微細加工技術を施すことにより、ゲート電極６が形成される。そのゲート電極６をマスクとして島状シリコン層４に所定導電型の不純物イオンを注入することにより、１対のソース・ドレイン領域４ａ，４ｂが形成される。１対のソース・ドレイン領域４ａ，４ｂによって挟まれた島状シリコン層４の領域に、チャネル領域４ｃが形成されることになる。

次に、図３に示すように、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、
ゲート電極６を覆うように絶縁膜５上に、たとえばシリコン酸化膜などの所定の厚さの層間絶縁膜７が形成される。次に、図４に示すように、層間絶縁膜７上にレジスト膜８が塗布形成される。そのレジスト膜８に所定の露光および現像処理を施すことにより、図５に示すように、コンタクトホールを形成するための開口部８ａが形成される。

次に、図６に示すように、開口部８ａが形成されたレジスト膜８をマスクとして、層間絶縁膜７および絶縁膜５に異方性エッチングを施すことにより、コンタクトホール９が形成される。このとき、コンタクトホール９内にその後形成されるプラグをソース・ドレイン領域４ａ，４ｂに電気的に確実に接続させるために、ガラス基板１面内においては、島状シリコン層４を貫通してコンタクトホールが形成される部分（領域）がある。図６は、そのようなコンタクトホールが島状シリコン層を貫通して形成された領域における断面構造を示す。その後、レジスト膜８が除去される。

次に、コンタクトホール９が形成されたガラス基板１を、たとえばフッ酸を含む所定の溶液に浸漬して、シリコン酸化膜からなる絶縁膜５および層間絶縁膜７の部分にエッチングを施すことにより、コンタクトホール９の開口断面積が広げられる。こうして、図７に示すように、島状シリコン層４の上面よりも上方では、島状シリコン層４の上面よりも下方に位置するコンタクトホール９ａよりも開口断面積の大きいコンタクトホール９ｂが形成されて、コンタクトホール９内に島状シリコン層４の上面が露出する。

次に、図８に示すように、イオン注入法により所定導電型の不純物イオンを露出した島状シリコン層４の部分に導入することにより、高濃度領域４ｄが形成される。次に、図９に示すように、たとえばスパッタ法によってコンタクトホール９内を含む層間絶縁膜７上に所定の金属膜１０が形成される。その金属膜１０に所定の写真製版および加工を施すことにより、図１０に示すように、ソース・ドレイン領域４ａ，４ｂにそれぞれ電気的に接続されるプラグ１０ａ，１０ｂが形成される。このようにして、ゲート電極６および１対のソース・ドレイン領域４ａ，４ｂによって薄膜トランジスタが構成されて、図１に示す半導体装置が形成される。

上述した半導体装置では、島状シリコン層４を貫通するように形成されたコンタクトホール９の一部の開口断面積を広げることによって島状シリコン層４の上面が露出される。そして、その露出した島状シリコン層４の部分に不純物を導入することによって高濃度領域４ｄが形成される。

これにより、コンタクトホール９内に形成されるプラグ１０ａ，１０ｂは、ソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとは、コンタクトホール９内に露出した島状シリコン層４の側面部分に加えて上面部分においても接触することになる。

このような半導体装置の構造による効果について、比較例に係る半導体装置との関係で説明する。まず、比較例に係る半導体装置は、以下のように形成される。図２〜図５に示す方法と同様にして、図１１に示すように、ガラス基板１０１の表面上に第１下地膜１０２および第２下地膜１０３が形成される。その第２下地膜１０３上に島状シリコン層１０４が形成される。

その島状シリコン層１０４を覆うように絶縁膜１０５が形成され、さらにゲート電極１０６が形成される。そのゲート電極１０６をマスクとして、イオン注入処理を施すことによって、島状シリコン層４に、間隔を隔てて所定導電型の不純物を含有する１対のソース・ドレイン領域１０４ａ，１０４ｂが形成される。１対のソース・ドレイン領域１０４ａ，１０４ｂによって挟まれた領域にチャネル領域１０４ｃが形成される。

ゲート電極１０６を覆うように層間絶縁膜７が形成され、その層間絶縁膜７上にレジスト膜１０８が形成される。そのレジスト膜１０８にコンタクトホールを形成するための開口部１０８ａが形成される。次に、図１２に示すように、レジスト膜１０８をマスクとして層間絶縁膜１０７および絶縁膜１０５に異方性エッチングを施すことにより、島状シリコン層１０４を露出するコンタクトホール１０９が形成される。その後、図１３に示すように、レジスト膜１０８が除去される。

次に、図１４に示すように、コンタクトホール１０９内を含む層間絶縁膜１０７上に所定の金属膜１１０が形成される。その金属膜１１０に所定の写真製版および加工を施すことにより、図１５に示すように、ソース・ドレイン領域１０４ａ，１０４ｂにそれぞれ電気的に接続されるプラグ１１０ａ，１１０ｂが形成されて、比較例に係る半導体装置が形成されることになる。

ところで、発明が解決しようとする課題の項において述べたように、ガラス基板１０１の大型化と、層間絶縁膜１０７および絶縁膜１０５の厚さに比べて島状シリコン層１０４の厚さが相対的に薄いことに伴って、プラグをソース・ドレイン領域に電気的に確実に接続させようとすれば、ガラス基板１０１面内においては、島状シリコン層１０４を貫通してコンタクトホールが形成される部分が生じることになる。

すなわち、図１６に示されるレジスト膜１０８をマスクとして層間絶縁膜１０７および絶縁膜１０５に異方性エッチングを施すことによって、図１７に示すように、島状シリコン層１０４を貫通するようにしてコンタクトホール１０８ａが形成される。このように、島状シリコン層１０４を貫通するようにして形成されたコンタクトホール１０８ａ内にプラグが形成されると、図１８の点線枠Ａ内に示すように、そのプラグ１１０ｂはソース・ドレイン領域１０４ａ，１０４ｂとは、コンタクトホール１０８ａの側壁に露出した島状シリコン層１０４の厚みに相当する部分だけで電気的に接触することになる。このため、薄膜トランジスタが駆動すると、この接触部分において局所的に熱が発生してしまう。

これに対して、本実施の形態に係る半導体装置では、コンタクトホール９内に形成されるプラグ１０ａ，１０ｂは、ソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとは、コンタクトホール９内に露出した島状シリコン層４の側面部分に加えて上面部分においても接触することになる。これにより、比較例に係る半導体装置と比べて、プラグ１０ａ，１０ｂとソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとの接触面積が増加する。

さらに、本実施の形態に係る半導体装置では、プラグ１０ａ，１０ｂと接触するソース・ドレイン領域の部分には高濃度領域４ｄが形成されている。これにより、プラグ１０ａ，１０ｂとソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとの接触抵抗の低減が図られる。これらの結果、薄膜トランジスタの駆動に伴う発熱を大幅に低減することができて、半導体装置としての信頼性を確保することができる。なお、低抵抗化のための高濃度領域４ｄは、ゲート電極６から比較的離れているため、薄膜トランジスタの動作に影響を与えることはない。

次に、プラグ１０ａ，１０ｂとソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとの接触面積についてより具体的に説明する。図１９に示すように、まず、コンタクトホール９のうちコンタクトホール９ａの直径Ｒ１を３．０μｍ、島状シリコン層４の厚さＴを５０ｎｍとすると、島状シリコン層４の側面部分の面積（π・Ｒ１・Ｔ）は、４．７×１０⁵ｎｍ²と見積もられる。

次に、島状シリコン層４の露出した上面の径方向の長さＬを０．１μｍ、コンタクトホール９ｂの直径Ｒ２を３．２μｍとすると、島状シリコン層４の上面部分の面積（π・（Ｒ２/２）²−π・（Ｒ１/２）²）は、９．７×１０⁵ｎｍ²と見積もられる。

そうすると、プラグ１０ａ，１０ｂとソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとが接触する接触面積は、１４．４×１０⁵ｎｍ²となり、プラグとソース・ドレイン領域とが島状シリコン層４の側面部分だけで接触している比較例に係る半導体装置に比べて、本半導体装置では約３倍の接触面積を確保することができる。

ここで、コンタクトホールの径を約３μｍ程度以下に設定することを前提として、開口径が広げられたコンタクトホール９ｂにおける径方向の長さＬの増加分を約０．１μｍよりも短くしようとすると、その増加した寸法はコンタクトホール９ａ径の約７％程度以下となる。この数値は、薄膜トランジスタの寸法に比べるとわずかな寸法の変更であり、半導体装置全体のレイアウトを変更する必要がないが、接触面積の増加にはほとんど寄与しない。長さＬが０．１μｍの場合には、島状シリコン層４の露出した上面部分の面積は、コンタクトホール９ａの底面の面積（π・（Ｒ１/２）²）の約１３％に相当することになる。

一方、コンタクトホール９ｂにおける径方向の長さＬの増加分が約０．３μｍを超えると、その増加した寸法はコンタクトホール９ａ径の約２０％程度を超えることになり、半導体装置全体のレイアウトを変更する必要が生じる。長さＬが０．３μｍの場合には、島状シリコン層４の露出した上面部分の面積は、コンタクトホール９ａの底面の面積（π・（Ｒ１/２）²）の約４４％に相当することになる。

したがって、コンタクトホールの径を約３μｍ程度以下に設定することを前提とする場合には、コンタクトホール９ｂの径方向の長さの増加分を約０．１μｍ以上とし、約０．３μｍを超えないように設定することが好ましく、島状シリコン層４の露出した上面部分の面積とコンタクトホール９ａの底面の面積との関係では、島状シリコン層４の露出した上面部分の面積を、コンタクトホール９ａの底面の面積の約１３％以上約４４％以下に設定することが好ましい。

上述した半導体装置では、ガラス基板１面内において島状シリコン層４を貫通してコンタクトホールが形成される部分（領域）を例に挙げて説明したが、ガラス基板１面内では、島状シリコン層４を貫通せずに島状シリコン層４を露出するコンタクトホールが形成される部分も存在する。以下、そのような部分に対しても、上述した製造方法を適用しても特に問題はないことについて説明する。

まず、図５に示す工程の後、レジスト膜８をマスクとして層間絶縁膜７および絶縁膜５に異方性エッチングを施すことにより、図２０に示すように、島状シリコン層４の表面をを露出するコンタクトホール９ｃが形成される。次に、コンタクトホール９ｃが形成されたガラス基板１を、フッ酸を含む所定の溶液に浸漬してシリコン酸化膜からなる絶縁膜５および層間絶縁膜７の部分にエッチングを施すことにより、図２１に示すように、島状シリコン層４の上面よりも上方の部分に開口断面積のより大きいコンタクトホール９ｂが形成される。

次に、図２２に示すように、コンタクトホール９の底面全体に露出した島状シリコン層４に対してイオン注入法により所定導電型の不純物イオンを導入することにより、高濃度領域４ｄが形成される。次に、図９および図１０に示す工程と同様の工程を経て、図２３に示すように、ソース・ドレイン領域４ａ，４ｂにそれぞれ電気的に接続されるプラグ１０ａ，１０ｂが形成される。

この半導体装置では、プラグ１０ａ，１０ｂは、ソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとはコンタクトホール９の底面の全体に位置する島状シリコン層４の部分（高濃度領域４ｄ）において接触するため、接触面積は十分に確保されることになる。しかも、その接触する部分には高濃度領域４ｄが形成されているため、プラグ１０ａ，１０ｂとソース・ドレイン領域４ａ，４ｂとの接触抵抗の大幅な低減を図ることができる。その結果、半導体装置としての信頼性を十分に確保することができる。

実施の形態３
ここでは、半導体装置の製造方法の他の例について説明する。まず、図２および図３に示す工程と同様の工程を経て、図２４に示すように、ゲート電極６を覆う層間絶縁膜７が形成される。次に、図２５に示すように、層間絶縁膜７上に層間絶縁膜７とはエッチング特性の異なる層間保護膜１１が形成される。層間絶縁膜７として、たとえばシリコン酸化膜が適用される場合には、層間保護膜１１としてシリコン窒化膜が適用される。

次に、図２６に示すように、その層間保護膜１１上にレジスト膜８が形成され、そのレジスト膜８にコンタクトホールを形成するための開口部８ａが形成される。そのレジスト膜８をマスクとして層間保護膜１１、層間絶縁膜７および絶縁膜５に異方性エッチングを施すことにより、コンタクトホール９ａが形成される。その後、図２７に示すように、レジスト膜８が除去され、そして、所定のウエット処理を施すことによりガラス基板１の表面が洗浄される。

次に、層間保護膜１１が被覆した状態で、ガラス基板１をフッ酸を含む所定の溶液に浸漬して、シリコン酸化膜からなる絶縁膜５および層間絶縁膜７の部分にエッチングを施すことにより、図２８に示すように、コンタクトホール９の開口断面積が広げられて、コンタクトホール９ｂが形成される。このとき、層間絶縁膜７の上面が層間保護膜１１によって覆われていることで、層間絶縁膜７の膜厚が減少するのを阻止することができる。

その後、ガラス基板１をリン酸溶液に浸漬することにより、図２９に示すように、層間保護膜１１が除去される。そして、図８〜図１０に示す工程と同様の工程を経て、図３０に示すように、プラグ１０ａ，１０ｂが形成されて半導体装置が完成する。

上述した製造方法では、層間絶縁膜７上に層間絶縁膜とはエッチング特性の異なる層間保護膜１１が形成され、その層間保護膜１１によって被覆された状態で、コンタクトホールの開口断面積を大きくするための所定のウエットエッチングが施される。これにより、ウェットエッチングの際に層間絶縁膜７の厚み方向にエッチングが行なわれることが阻止されて、層間絶縁膜７の膜厚が減少するのを阻止することができる。また、コンタクトホール９が変形するのを抑制することができる。

実施の形態４
ここでは、半導体装置の他の例について説明する。図３１に示すように、この半導体装置では、前述した半導体装置における層間絶縁膜７を覆うように、シリコン窒化膜等の窒化シリコンを主成分とする第２の層間絶縁膜１２が形成されている。そして、その層間絶縁膜１２、層間絶縁膜７および絶縁膜５に、島状シリコン層４におけるソース・ドレイン領域４ａ，４ｂを露出するコンタクトホール９が形成されている。なお、これ以外の構成については、図１０に示す半導体装置の構造と同様なので、同一部材には同一符号を付し、その説明を省略する。

上述した半導体装置では、第２の層間絶縁膜１２として窒化シリコンを主成分とする材料からなる膜が形成されている。文献（特開昭６０-１３６２５９号公報（特公平０４−０５７０９８号公報））によれば、シリコン窒化膜は水素を多量に含有することで、熱処理を施す際には水素供給源となって、半導体装置の薄膜トランジスタのしきい値電圧を下げる効果があることが提案されている。

したがって、上述した半導体装置では、薄膜トランジスタを覆うようにそのような窒化シリコンを主成分とする材料からなる第２の層間絶縁膜１２が形成されていることで、薄膜トランジスタのしきい値電圧を下げることができて、より低い電圧でより大きな電流を流すことができる。その結果、薄膜トランジスタの性能を向上させることができる。また、前述した半導体装置の製造方法のように、シリコン窒化膜からなる層間保護膜１１を最終的に除去する場合と比べて、第２の層間絶縁膜１２の全体を除去しないので、工程時間の短縮と薬液等の節約を図ることができる。

実施の形態５
次に、実施の形態４において説明した半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示す工程と同様の工程を経て、図３２に示すように、ゲート電極６が形成される。次に、図３３に示すように、そのゲート電極６を覆うように絶縁膜５上に、シリコン酸化膜などの酸化シリコンを主成分とする第１の層間絶縁膜７が形成される。次に、図３４に示すように、層間絶縁膜７上に、シリコン窒化膜などの窒化シリコンを主成分とする第２の層間絶縁膜１２が形成される。

次に、その層間保護膜１２上に所定のレジスト膜のマスク（図示せず）が形成され、そのレジスト膜をマスクとして層間保護膜１１、層間絶縁膜７および絶縁膜５に異方性エッチングを施すことにより、図３５に示すように、コンタクトホール９ａが形成される。その後、レジスト膜が除去され、そして、所定のウエット処理を施すことによりガラス基板１の表面が洗浄される。

次に、ガラス基板１をたとえばフッ酸を含む所定の溶液に浸漬することにより、窒化シリコンを主成分とする層間絶縁膜１２の部分を実質的にエッチングすることなく、酸化シリコンを主成分とする層間絶縁膜７と絶縁膜５の部分にエッチングが施されて、図３６に示すように、コンタクトホールの開口断面積が広げられて、コンタクトホール９ｂが形成される。このとき、層間絶縁膜７が層間絶縁膜１２によって覆われていることで、層間絶縁膜７の膜厚が減少するのを阻止することができる。

次に、ガラス基板１をたとえばリン酸溶液に浸漬することにより、図３７に示すように、コンタクトホール９の側壁に突出する層間絶縁膜１２の庇の部分が少なくとも除去される。次に、図８に示す工程と同様の工程を経て、図３８に示すように、コンタクトホール９の側壁に露出した島状シリコン層４の部分に高濃度領域４ｄが形成される。その後、図９および図１０に示す工程と同様の工程を経て、図３１に示すように、コンタクトホール９内にプラグ１０ａ，１０ｂが形成されて半導体装置が完成する。

上述した製造方法では、コンタクトホール９の開口を広げる際に、層間絶縁膜１２が層間絶縁膜７を覆った状態でウエットエッチングが施されことで、ウェットエッチングの際に層間絶縁膜７の厚み方向にエッチングが行なわれることが阻止されて、層間絶縁膜７の膜厚が減少するのを阻止することができ、また、コンタクトホール９が変形するのを抑制することができる。そして、さらに、層間絶縁膜１２を完全に除去しないことで、工程時間の短縮と薬液等の節約を図ることができる。

このようにして製造された半導体装置では、既に説明したように、窒化シリコンを主成分とする第２の層間絶縁膜１２が形成されていることで、薄膜トランジスタのしきい値電圧を下げることができて、より低い電圧でより大きな電流を流すことができる。その結果、薄膜トランジスタの性能を向上させることができる。

なお、上述した各半導体装置の製造方法では、コンタクトホールの開口断面積を広げるのに、フッ酸を含む溶液にガラス基板を浸漬する場合を例に挙げて説明したが、この他に、フッ酸を含む気体にガラス基板を晒すようにしてもよい。また、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素およびアスタチンからなる群から選ばれる少なくともいずれかを含むガスと、酸素ガスとの混合ガスの雰囲気のもとで生成されるプラズマにガラス基板を晒すようにしてもよい。

また、上述した各半導体装置の製造方法では、高濃度領域を形成するのにイオン注入法によって所定の不純物イオンを注入する場合を例に挙げて説明したが、その不純物としては、リン、砒素、アンチモン、アルミニム、ホウ素、ガリウムおよびインジウムからなる群から選ばれる少なくともいずれかを含むものが好ましい。

さらに、上述した各半導体装置では、コンタクトホールとして薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域に接続されるプラグを形成するためのコンタクトホールを例に挙げて説明したが、当該構造は、薄膜トランジスタに限られるものではなく、絶縁膜中に形成された比較的膜厚の薄い導電層などに対して電気的な接続を図る構造として適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべて例示にすぎず、これに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図５に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図８に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図９に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、比較例に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１１に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、比較例に係る半導体装置の問題点を説明するため製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、半導体装置におけるプラグとソース・ドレイン領域との接触部分を示す部分拡大断面図である。 同実施の形態において、プラグとソース・ドレイン領域との接触の他の態様を説明するための製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２０に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２１に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２５に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２８に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２９に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３２に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３３に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３４に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３５に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３６に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３７に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。

符号の説明

１ ガラス基板、２ 第１下地膜、３ 第２下地膜、４ 島状シリコン層、４ａ，４ｂ ソース・ドレイン領域、４ｃ チャネル領域、４ｄ 高濃度領域、５ 絶縁膜、６ ゲート電極、７，１２ 層間絶縁膜、８ レジスト膜、８ａ 開口部、９，９ａ，９ｂ，９ｃ コンタクトホール、１０ 金属膜、１０ａ，１０ｂ プラグ、１１ 層間保護膜。

Claims (16)

1. 所定基板の主表面上に形成された第１絶縁膜と、
   前記第１絶縁膜上に形成され、所定導電型の不純物を含有する半導体層と、
   前記半導体層を覆うように前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜と、
   前記第２絶縁膜に形成され、前記半導体層の表面を露出するコンタクトホールと、
   前記コンタクトホール内に形成され、前記半導体層と電気的に接続される導電体部と
   を有し、
   前記コンタクトホールは、
   第１開口断面積を有して少なくとも前記半導体層の部分に形成され、前記半導体層の部分を側壁に露出する第１コンタクトホールと、
   前記第１コンタクトホールに繋がるように前記第２絶縁膜の部分に形成され、前記第１開口断面積よりも大きい第２開口断面積を有して前記半導体層の上面部分を露出する第２コンタクトホールと
   を備え、
   前記コンタクトホール内に露出した前記半導体層の表面部分における前記所定の導電型の不純物濃度が、前記半導体層における他の部分の不純物濃度よりも高く設定された、半導体装置。
2. 前記半導体層において所定の間隔を隔てて形成された１対の不純物領域と、
   前記１対の不純物領域によって挟まれた前記半導体層の部分の領域上に形成された電極部と
   を備え、
   前記導電体部は前記１対の不純物領域の少なくとも一方に接続されるように形成された、請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第２コンタクトホールの底に露出する前記半導体層の上面部分の面積が、前記第１コンタクトホールの底面の面積の１３％以上４４％以下とされた、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記第２絶縁膜上に形成され、前記第２絶縁膜とはエッチング特性の異なる第３絶縁膜を備え、
   前記コンタクトホールは、前記第２コンタクトホールに繋がるように前記第３絶縁膜に形成された第３コンタクトホールを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記第２絶縁膜は酸化シリコンを主成分とする材料から形成され、前記第３絶縁膜は窒化シリコンを主成分とする材料から形成された、請求項４記載の半導体装置。
6. 所定基板の主表面上に第１絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１絶縁膜上に所定導電型の不純物を含有する半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層を覆うように前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成する工程と、
   前記第２絶縁膜および前記半導体層に、前記半導体層の表面を露出するコンタクトホールを形成する工程と、
   前記コンタクトホール内に、前記半導体層と電気的に接続される導電体部を形成する工程と
   を有し、
   前記コンタクトホールを形成する工程は、
   所定の開口断面積を有して側壁に前記半導体層の部分の表面を露出するように、前記第２絶縁膜および前記半導体層に加工を施す第１工程と、
   前記第２絶縁膜に所定の加工を施して前記所定の開口断面積を広げることにより、前記半導体層の上面部分を露出する第２工程と
   を備え、
   前記コンタクトホールを形成した後前記導電体部を形成する前に、前記コンタクトホール内に露出した前記半導体層の表面部分の不純物濃度を、前記半導体層における他の部分の不純物濃度よりも高くする不純物導入工程を備えた、半導体装置の製造方法。
7. 前記コンタクトホールを形成する前に、前記第２絶縁膜上に前記第２絶縁膜とはエッチング特性の異なる保護膜を形成する工程を備え、
   前記コンタクトホールを形成した後前記不純物導入工程前に、前記保護膜を除去する工程を備えた、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第２絶縁膜は酸化シリコンを主成分とする材料から形成され、前記保護膜は窒化シリコンを主成分とする材料から形成された、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記保護膜を除去する工程は、前記所定基板をリン酸を含む溶液に浸漬する工程を含む、請求項８記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記コンタクトホールを形成する前に、前記第２絶縁膜上に前記第２絶縁膜とはエッチング特性の異なる第３絶縁膜を形成する工程を備え、
    前記コンタクトホールを形成する工程では、前記コンタクトホールは前記第３絶縁膜および前記第２絶縁膜に形成され、
    前記コンタクトホールを形成する工程は、前記第３絶縁膜に所定の加工を施して前記第３絶縁膜に形成される前記コンタクトホールの部分の開口断面積を広げる第３工程を含む、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記第２絶縁膜は酸化シリコンを主成分とする材料から形成され、前記第３絶縁膜は窒化シリコンを主成分とする材料から形成された、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記第３工程は、前記所定基板をリン酸を含む溶液に浸漬する工程を含む、請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記第２工程は、前記所定基板をフッ酸を含む溶液に浸漬するか、または、フッ酸を含む気体に晒す工程を含む、請求項８，９，１１，１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記第２工程は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素およびアスタチンからなる群から選ばれる少なくともいずれかを含むガスと、酸素ガスとの混合ガスの雰囲気のもとで生成されるプラズマに前記所定基板を晒す工程を含む、請求項８，９，１１，１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記不純物導入工程はイオン注入法によって所定の不純物を導入する工程を含む、請求項６〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記所定の不純物は、リン、砒素、アンチモン、アルミニム、ホウ素、ガリウムおよびインジウムからなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む、請求項１５記載の半導体装置の製造方法。

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