JP2550286B2 - 半導体装置における金属配線用コンタクトホールの形成方法 - Google Patents

半導体装置における金属配線用コンタクトホールの形成方法

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JP2550286B2 JP5309259A JP30925993A JP2550286B2 JP 2550286 B2 JP2550286 B2 JP 2550286B2 JP 5309259 A JP5309259 A JP 5309259A JP 30925993 A JP30925993 A JP 30925993A JP 2550286 B2 JP2550286 B2 JP 2550286B2
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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における金属
配線用のコンタクトホールの形成方法に係り、特に、接
触面におけるバリアメタルの保全性の改善を可能にする
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の金属配線形成の従来の方法
では、接触面に堆積さるべきバリアメタルのスパッタリ
ングプロセスにおけるコンタクトホールのシャドウ効果
によって、コンタクトホールのアスペクト比が増大する
ので、段差被覆性及びバリアメタルの保全性が低下して
しまう。
【０００３】図３に半導体装置の金属配線形成の従来の
方法を説明するための半導体の部分断面図を示す。ま
ず、図の(A)に示したように、シリコン基体11上に、ゲ
ート酸化シリコン膜12、ゲート用のポリシリコン膜13及
びキャップゲート酸化シリコン膜14を順次堆積させる。
次に、図の(B)に示すように、キャップゲート酸化シリ
コン14、ポリシリコン膜13、ゲート酸化シリコン膜12を
ホトリソグラフィ法によってエッチングして、ゲート1
3'を形成し、シリコン基体11の一部を露出させ、該露出
部にイオン注入を行い、加熱処理を施すことによってソ
ース/ドレイン接合を形成させる。次いで、図の(C)に示
すように、表面、すなわちキャップゲート酸化シリコン
層14のゲート13'の側面、及びソース/ドレイン接合上に
酸化シリコン層を堆積させる。
【０００４】次いで、ゲート13'の側面に側壁スペーサ
を形成し、酸化シリコン膜16を異方的にエッチングする
ことによってキャップゲート酸化シリコン14を形成す
る。図には示していないが、側壁スペーサ16を形成した
後にビット配線及びキャパシタを形成すると、回路部と
セル部との間に高さ１μm以上の起伏が生じる。従っ
て、5000Å以上の BPSG 17 あるいは 03‐USG(ozone‐u
ndoped silicate glass:オゾンをドープしていないシリ
ケートガラス)を堆積させ、起伏を除去するための平坦
化を行うことによって、ホトリソグラフィ用の焦点深度
を確保する。
【０００５】次に、図の(D)に示すように、回路部上
に、１μm以上の厚さで絶縁膜17を形成する。
【０００６】次に、図の(E)に示すように、ソース/ドレ
イン上に、ホトリソグラフィによって、コンタクトホー
ルを開口する。ここで、コンタクトホールの直径が0.5
μm以下の場合には、コンタクトホール18のアスペクト
比は２以上となる。
【０００７】次に、図の(F)に示すように、スパッタリ
ング法によって、コンタクトホール18中及び絶縁膜17上
にバリアメタル19を形成する。ここで、バリアメタルと
しては、Ti、TiN、TiW、MoSi2等の何れか一つが用いら
れる。
【０００８】コンタクトホールのアスペクト比が２以上
の場合には、ソース/ドレイン15上へのバリアメタル19
の段差被覆性は、コンタクトホール18のシャドウ効果に
よって低下し、コンタクトホールの隅部分19'でのバリ
アメタルの保全性が低くなる。ある場合には、バリアメ
タルが角部にスパッタせず、次の工程で形成される金属
がシリコン表面に直接接することとなる。
【０００９】ソース/ドレイン15のシリコン及び金属配
線(図示せず。例えば Al)の金属がバリアメタルが堆積
されていないソース/ドレイン15の外辺で直接接触する
ために、スパイキング現象が生じ、接続特性が悪くなる
結果となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来技
術の問題点を解決するために、本発明では、アスペクト
比が２以上でも、コンタクトホールの最底部でのバリア
メタルの保全性を改善して、金属配線の接触特性を改善
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、コンタ
クトホールを通して金属配線を半導体基板に接続するコ
ンタクトホールの形成方法で、下記工程を含む方法を提
供することにある：半導体基板上に、金属配線に接続す
べき接触面を形成する工程；該接触面上に、側面を導電
層から絶縁した小穴を形成する工程；上記小穴の底面及
び側面にバリアメタル接触部を形成する工程；半導体基
板の全表面に絶縁膜を形成する工程；バリアメタル接触
部上の絶縁膜の所定部分を除去することによってコンタ
クトホールを形成する工程。
【００１２】本発明の他の目的は、コンタクトホールを
通して金属配線を半導体基板に接続するコンタクトホー
ルの形成方法で、下記工程を含む方法を提供することに
ある：半導体基板上に、ゲート酸化シリコン膜、ゲート
用のポリシリコン膜、キャップゲート酸化シリコン膜を
順次堆積する工程；ゲート電極パターンを作成するため
にキャップゲート酸化シリコン膜、ポリシリコン膜、ゲ
ート酸化シリコン膜をエッチングし、ホトリソグラフィ
法によって半導体基板の所定部分を露出させる工程；半
導体基板の露出部分にイオン注入及び熱拡散によってソ
ース/ドレイン接合を形成する工程；表面に酸化シリコ
ン膜を堆積し、エッチングバックして、ゲート及びキャ
ップゲート酸化シリコンの側面に側壁スペーサを形成す
る工程；キャップゲート酸化シリコン膜上側壁スペーサ
の側面及びソース/ドレイン接合上にバリアメタル膜を
堆積する工程；バリアメタル膜上に第１の絶縁膜を堆積
する工程；ホトリソグラフィ法によって、第１の絶縁膜
とともに、接触面を十分に被覆するバリアメタル保護膜
を形成する工程；バリアメタル保護膜をマスクとしてバ
リアメタル膜をエッチングして、バリアメタル接触部を
形成する工程；キャップゲート酸化シリコン、側壁スペ
ーサ、バリアメタル上の酸化シリコンに対してエッチン
グ選択性を有する表面上に第２の絶縁膜を堆積する工
程；シリコン基板上にセル形成のプロセスを施す工程；
表面上に第３の絶縁膜を形成する工程；第３、第２、第
１の絶縁膜をエッチングすることによって、バリアメタ
ル接触部上にコンタクトホールを形成する工程。
【００１３】本発明の第３の目的は、半導体装置の金属
配線へのコンタクトホールを形成する方法で、下記工程
からなる方法を提供することにある：半導体基板上にゲ
ート酸化シリコン、ポリシリコン、キャップゲート酸化
シリコンを順次堆積する工程；キャップゲート酸化シリ
コン、ポリシリコン、ゲート酸化シリコンをエッチング
することによってゲートを形成し、半導体基板の所定部
分を露出させる工程；イオン注入及び熱拡散によって半
導体基板の露出部分に接触面を形成する工程；接触面上
に第１の絶縁膜を堆積し、エッチンバックすることによ
って、二つのゲート電極間を絶縁物側壁で絶縁した小穴
を形成する工程；該小穴内にバリアメタル接触部を形成
する工程；基板上にビットライン及びキャパシタを形成
する工程；シリコン基板上に第２の絶縁膜を形成する工
程；コンタクトホールを通して金属配線を接触面に接続
するコンタクトホールを形成する工程。
【００１４】本発明のもう一つの目的は、下記からな
る、金属配線を半導体基板に接続するためのコンタクト
ホール構造を有する半導体装置を提供することにある：
“U”形状のバリアメタル接触部で、その底面が半導体
基板の接触面と接触し、接触部を除いて周囲から絶縁さ
れている接触部；“U”形バリアメタル接触部の上端か
ら絶縁膜の表面までコンタクトホールを囲む絶縁膜。こ
こで、バリアメタルの底面は接触面の表面よりも大きく
する。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明による半導体装置の金属配線
の形成方法、特に、コンタクトホール及びバリアメタル
接触部の形成方法を示す断面図である。
【００１６】まず、図の(A)に示すように、シリコン基
板21上にゲート酸化シリコン膜22、ゲート電極用のポリ
シリコン23及びキャップゲート酸化シリコン膜24を順次
堆積させる。次に、図の(B)に示すように、キャップゲ
ート酸化シリコン膜24、ポリシリコン膜23及びゲート酸
化シリコン膜22をホトリソグラフィ法によってエッチン
グして、ゲート23'パターンを作成する。次に、イオン
注入及び熱拡散によって、シリコン基板21の露出面にソ
ース/ドレイン接合25を形成する。
【００１７】次いで、図の(C)に示すように、表面上
に、すなわち、キャップゲート酸化シリコン膜24上のゲ
ート23'の側面及びソースドレイン接合25上に、酸化シ
リコン膜26を堆積させる。次いで、酸化シリコン膜26を
堆積し、異方的にエッチングバックすることによって、
ゲート23'及びキャップゲート酸化シリコン24の側面
に、ゲート23'を絶縁するための側壁スペーサ26を形成
して下記３平面、すなわちソース/ドレインの表面及び
側壁スペーサの２表面、から構成される小穴 G を形成
する。
【００１８】次いで、図の(D)に示すように、全表面
上、すなわちキャップゲート酸化シリコン24上側壁スペ
ーサの側面上、ソース/ドレイン接合25上すなわち小穴
G 領域の内面上に、スパッタリング法によってバリアメ
タル膜29を堆積させる。ここで、バリアメタル29として
は、Ti、TiN、TiW 及び MoSi2の中の何れか一つを使用
する。アスペクト比が１に等しいか１よりも小さいこと
によってシャドウ効果が小さくなり、バリアメタル29は
小穴 G の内面まで十分に堆積できるので、バリアタル
の保全性が改善される。なお、バリアメタルの代りにケ
イ化物を用いることができる。
【００１９】次に、図２の(A)に示すように、バリアメ
タル膜29上に窒化シリコンからなる絶縁膜210(第１の絶
縁膜)を堆積する。
【００２０】次に、第１の絶縁膜210上にホトレジスト
を被覆し、第１の絶縁膜210をエッチングするためのマ
スクとして使用するホトレジストパターン211を露出及
び現像によって形成する。ここで、基線がソース/ドレ
イン接合25の長さよりも若干長いホトレジストパターン
211を、バリアメタル29の底面を通してソース/ドレイン
接合の表面を見ることによって描かれる重畳面上に形成
する。ここで、上記基線は小穴の方向に平行である。
【００２１】次に、図の(B)に示すように、ホトレジス
トパターン211をエッチングマスクとして第１の絶縁膜2
10を異方的にエッチングして、エッチングマスクとして
用いらるべき第１の絶縁膜210のバリアメタルプロテク
タ210'を形成する。続いて、ホトレジストパターン211
を除去する。
【００２２】次に、図の(C)に示すように、第１の絶縁
膜210のバリアメタルプロテクタ210'をマスクとし、キ
ャップゲート酸化シリコン24をエッチング停止層として
用いてバリアメタル膜29を異方的にエッチングスること
によって接触面(ソース/ドレイン領域25)をカバーする
バリアメタル接触部29'を形成する。
【００２３】次に、バリアメタル29のバリアメタル接触
部29'を、小穴の内側すなわちソース/ドレイン接合25上
及びスペーサ26の側面に配置する。ここで、バリアメタ
ル接触部29'の底部はソース/ドレイン接合25の表面を極
めて大きくカバーすることになるが、側壁スペーサ26に
よって保護される。
【００２４】従って、ソース/ドレイン接合25上の過剰
の被覆によって、バリアメタル接触部が金属配線からシ
リコンを隔離するので、金属配線と半導体接触部(これ
は後工程で形成される)との間の接触が“スパイキン
グ”現象から保護される。
【００２５】別の方法では、バリアメタル29のバリアメ
タル接触部29'は、第１の絶縁膜210とバリアメタル29を
同時にエッチングすることによって形成することもでき
る。
【００２６】図の(D)に示すように、キャップゲート酸
化シリコン24、側壁スペーサ26、バリアメタル接触部2
9'上及び第１の絶縁膜210上及び側面に第２の絶縁膜212
を堆積させる。第２の絶縁膜212の材料としては、窒化
シリコンあるいはポリイミドのようなエッチング選択性
を有する材料を用いる。
【００２７】次いで、図の(E)に示すように、一般的な
セル作成工程を施した後に第２の絶縁膜212上に第３の
絶縁膜27を形成する。ここで、上記の一般的なセル作成
工程には、ビットラインの形成、キャパシタの作成、絶
縁膜の平坦化が含まれる。
【００２８】次いで、図の(F)に示すように、第３の絶
縁膜27を第２の絶縁膜が露出するまで異方的にエッチン
グし、バリアメタル接触部29'をエッチング停止層とし
て第２の絶縁膜212及び第１の絶縁膜210をエッチングす
ることによって、ソース/ドレイン接合25のバリアメタ
ル接触部29'の底面内に含まれる接触面上にコンタクト
ホール28を形成する。第１の絶縁膜のエッチングは湿式
エッチングで行うことが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明により、
アスペクト比が２以上となっても、接触面にバリアメタ
ルを形成し、コンタクトホールの最底部でのバリアメタ
ルの保全性を改善することによって、金属配線とソース
/ドレイン接合との間の接触面でのバリアメタルの保全
性の不安定性を防ぐことができ、金属配線の接触特性及
び半導体装置の信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置金属配線形成方法を説
明するための半導体装置の部分断面図。
【図２】本発明による半導体装置金属配線形成方法を説
明するための半導体装置の部分断面図(図１に続くも
の)。
【図３】半導体装置の金属配線用のコンタクトホール形
成の従来技術の方法を説明するための半導体装置の部分
断面図。
【符号の説明】
11、21…半導体基板、12、22…ゲート酸化膜、13、23、
13'…ゲートポリシリコン、14、24…ギャップ酸化膜、1
5、25…接合部、16、26…側壁酸化膜、17、27…絶縁
膜、18、28…コンタクトホール、19、29…バリアメタ
ル、210…第１絶縁膜、19'…欠点部位、211…ホトレジ
スト、212…第２絶縁膜。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−352356（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−39749（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−256358（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−1559（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−264720（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−175245（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−134858（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】下記工程を含むことを特徴とするコンタク
    トホールの形成方法。 (イ)半導体基板上に第１絶縁膜、ポリシリコン膜、キャ
    ップゲート酸化膜を順次積層する工程、 (ロ)第１接触部を形成するため、第１絶縁膜、ポリシリ
    コン膜、キャップゲート酸化膜を選択的にエッチングす
    る工程、 (ハ)第１接触部側面に絶縁膜側壁を形成する工程、 (ニ)キャップゲート酸化膜と第１接触部上にバリアメタ
    ル膜を形成する工程、 (ホ)第１接触部のバリアメタル膜上に、バリアメタルプ
    ロテクタを形成する工程、 (ヘ)バリアメタルプロテクタをマスクとして、バリアメ
    タル膜をエッチングする工程、 (ト)バリアメタルプロテクタとキャップゲート酸化膜上
    に第２絶縁膜を形成する工程、 (チ)第２絶縁膜上に第３絶縁膜を形成する工程、 (リ)第１接触部のバリアメタル膜を露出させるため、第
    １接触部に対応する第３絶縁膜、第２絶縁膜、バリアメ
    タルプロテクタをエッチングして、第２接触部を形成す
    る工程。
  2. 【請求項２】下記工程を含むことを特徴とするコンタク
    トホールの形成方法。 (イ)半導体基板上にゲート酸化膜、ゲート用ポリシリコ
    ン膜、キャップゲート酸化膜を順次積層する工程、 (ロ)ゲート電極パターンを形成するために、ホトリソグ
    ラフィ法を用いて、ゲート酸化膜、ポリシリコン膜、キ
    ャップゲートをエッチングして、基板を露出させる工
    程、 (ハ)イオン注入及び熱拡散によって、半導体基板の露出
    部分にソース/ドレイ ン接合を形成する工程、 (ニ)ゲート電極の側面及びソース/ドレイン接合の一部
    領域上に酸化膜側壁スペーサを形成する工程、 (ホ)キャップゲート酸化膜、ソース/ドレイン接合、酸
    化膜側壁スペーサ上にバリヤメタル膜を堆積する工程、 (ヘ)バリヤメタル膜上に第１絶縁膜を堆積する工程、 (ト)第１絶縁膜がソース/ドレイン接合領域のバリアメ
    タル膜を十分に被覆するように、ホトリソグラフィ法を
    用いて第１絶縁膜をエッチングして、バリアメタルプロ
    テクタを形成する工程、 (チ)バリアメタルプロテクタをマスクとして、バリアメ
    タル膜をエッチングする工程、 (リ)バリアメタルプロテクタとキャップゲート酸化膜上
    に第２絶縁膜を形成する工程、 (ヌ)第２絶縁膜上に第３絶縁膜を形成する工程、 (ル)ソース/ドレイン接合領域のバリアメタルを露出さ
    せるため、ソース/ドレイン接合領域に対応する第３絶
    縁膜、第２絶縁膜、バリアメタルプロテクタをエッチン
    グして、接触部を形成する工程。
  3. 【請求項３】上記バリアメタルとしてケイ化物を用いる
    ことを特徴とする請求項２記載のコンタクトホールの形
    成方法。
  4. 【請求項４】上記第２の絶縁膜が窒化シリコンからなる
    ことを特徴とする請求項２記載のコンタクトホールの形
    成方法。
  5. 【請求項５】上記第２の絶縁膜がポリイミドからなるこ
    とを特徴とする請求項２記載のコンタクトホールの形成
    方法。
  6. 【請求項６】上記バリアメタルが、スパッタリングによ
    って堆積されたバリアメタルであることを特徴とする請
    求項２記載のコンタクトホールの形成方法。
  7. 【請求項７】上記セル作成の工程が下記工程からなるこ
    とを特徴とする請求項２記載のコンタクトホールの形成
    方法。 ビットラインを形成する工程、 キャパシタを形成する工程、 絶縁膜を堆積し、平坦化する工程。
  8. 【請求項８】上記バリアメタルが、Ti、TiN、TiW、MoSi
    O 2 の何れかからなることを特徴とする請求項２記載のコ
    ンタクトホールの形成方法。
  9. 【請求項９】上記(ル)の工程において、接触部形成前に
    第２、第３の絶縁膜を平坦化することを特徴とする請求
    項２記載のコンタクトホールの形成方法。
  10. 【請求項１０】上記(オ)の工程において、接触部形成の
    工程が下記工程を含むことを特徴とする請求項２記載の
    コンタクトホールの形成方法。第２の絶縁膜が露出する
    まで、第３の絶縁膜を異方性エッチングする工程、バリ
    アメタル層をエッチングストップ層として、第２の絶縁
    膜及びバイアメタルプロテクタをエッチングする工程。
  11. 【請求項１１】第２の絶縁膜及びバリアメタルプロテク
    タをウェットエッチングによってエッチングすることを
    特徴とする請求項１０記載のコンタクトホールの形成方
    法。
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