JP2660072B2 - コンタクトの形成方法 - Google Patents

コンタクトの形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体基板に能動素子、受動素子または両
素子を造込んだ半導体素子に利用するコンタクト孔をW
で埋めるプロセスに係わり、特に微細な高アスペクト比
を保持するコンタクトに好適するものである。
(従来の技術) LSIに用いられている微細な金属配線には、Al−SiやA
l−Si−CuなどのAl合金層(以下Al層と記載する)が利
用されており、スパッタリング法により堆積するのが通
常である。しかし、アスペクト(Aspect)比の大きなコ
ンタクト孔をこのスパッタリング法により形成すると、
シャドウイング(Shadowing)現象によりステップカバ
レイジ(Step Coverage)が悪く特にコンタクト孔の底
部端にAl層の断切れが生ずることもある。
従って、このようなアスペクト比が大きいコンタクト
孔を必要とする素子を形成するに当たっては、導電性材
料を埋めて平坦化する技術が必須となる。この技術の一
つとしてCVD(Chemiacal Vapour Deposition)法により
Wを堆積するのが極めて有効であるが、通常Wのハロゲ
ン化物(WF)を原料ガス、還元剤に水素やシラン(Si
H)などが用いられる。
ここで簡単にコンタクト孔の形成方法について説明す
ると、例えばシリコン半導体基板表面には、公知の熱酸
化法により絶縁物層を被覆後、フォトリソグラフィ(Ph
oto Lithography)法により所定の位置に形成した開口
に露出したシリコン半導体基板内に所定の不純物を導入
または拡散してオーミック接触が得られる濃度を保有す
る不純物領域を形成する。勿論、この製造方法に関して
は、この外に公知の手段が知られているが、絶縁物層に
形成するコンタクト孔には、所定の濃度を維持した不純
物領域が形成されているのが一般的である。
(発明が解決しようとする課題) 上記のように、CVD法を利用するWの堆積では、初期
過程でWFのシリコン還元反応が主流となるため、酸化珪
素例えば二酸化珪素とシリコン半導体基板の境界に沿っ
た横方向とシリコン半導体基板の厚さ方向である縦方向
にWの食込みが生じる。と言うのは、CVD法によりWを
堆積する反応における還元剤の種類によるもので、水素
を利用した場合に生成されるWが成長するが、下地に存
在する珪素と反応し、その体積変換により生じる割目を
介して内部に拡散する現象が発生する。この結果シリコ
ン半導体基板の厚さ方向にWの食込みが起きる。
更に不純物領域は、絶縁物層に形成する開口径より多
少大きく、よって状態が異なる。更に、W層は、下地の
シリコン半導体基板への付着力が弱く、特に、W/P−Si
にあってはW層が剥がれ易い。このようにWをCVD法に
よりコンタクト孔に埋込むには、下地であるシリコン半
導体基板に含まれる不純物の種類・濃度・酸化物層の有
無など被処理半導体基板の表面状態の影響を受け易い難
点がある。
本発明は、このような事情により成されたもので、特
にWの成長過程における下地の影響を受けずに、所望の
埋込み形状を得ると共に、安定した電気的特性が得られ
ることを目的とするものである。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 珪素を含む半導体層に絶縁物層を被覆する工程と,こ
の半導体層に不純物領域を形成する工程と,前記絶縁物
層にコンタクト孔を形成すると共に前記絶縁物層を露出
する工程と,このコンタクト孔底部にTi、Ni及びCoから
なる群から選定する一種又は複数種を堆積して前記不純
物領域に接触させる工程と,このTi、Ni及びCoからなる
群から選定する一種又は複数種をシリサイド化する工程
と,このシリサイド層に化学気相成長法によりW層を堆
積する工程と,このW層に配線層を形成する工程とに、
本発明に係るコンタクトの形成方法の特徴がある。
(作用) 本発明は、シリコン半導体基板及びこの表面に堆積す
るエピタキシャル層に適用可能であるので、今後総称し
て珪素を含む半導体層と記載する。また、Wの堆積をCV
D法により行う際に下地の影響を避けるために、下地と
なる珪素を含む半導体層に自己整合的に遷移金属シリサ
イド層を設け、ここにW層を成長する手法を採用する。
更に、半導体基板に形成したシリサイド層と、これに
重ねて形成する配線層間の電気的接続を効果的に得るた
めに、半導体基板に設けるコンタクト孔の側壁に堆積す
る遷移金属との反応により、コンタクト孔底部Bにシリ
サイド層を形成後、これに連続してWをCVD法により堆
積し、更にこれに重ねて配線層を設備する。
(実施例) 第1図a〜e、第2図a〜c及び第3図a〜dを参照
して本発明を説明する。即ち、素子を含む半導体層1に
能動素子及び受動素子のいずれかまたは両者で構成する
半導体珪素を形成するために、所定の場所にBF6をイオ
ン注入後加熱・拡散してP+領域2を形成後このP+領域内
の予定位置にAsイオンを注入する。更に、加熱・拡散工
程を経てN+領域3を形成し、この結果、両領域2,3間、P
+領域2と珪素を含む半導体層1間に形成するPN接合端
を、珪素を含む半導体層1の表面に露出させていわゆる
プレイナ型構造とする。次にこのPN接合部の保護用とし
て絶縁物層4例えば酸化珪素層を設置してからフォトリ
ソグラフィ技術により所望の場所を開口してコンタクト
孔5を設置する(第1図a参照)。このP+領域2の表面
濃度は5×1019/cm3程度、N+領域3のそれはほぼ1020/c
m3オーダにする。
次にコンタクト孔5には、スパッタリング法によりTi
チタン層6を堆積してからシリサイデーション(Silici
dation)反応用の熱処理を行うが、反応を安定化させる
ためにこのチタン層6に窒化チタンTiN層7を積層後熱
処理しても良い。この工程により第1図bに明らかにし
たように、絶縁物層4とコンタクト孔5の全面にチタン
層6と窒化チタン層7が積層される。この熱処理工程に
よってチタンは珪素を含む半導体層1の含有する珪素と
反応してチタンシリサイド(酸化珪素とは反応しない)
層がコンタクト孔5に形成される。しかし、珪素を含む
半導体層1に形成される不純物領域3のAsは、このシリ
サイド反応を抑制する効果があるために、P+領域2に重
ねて形成するシリサイド層8はN+領域3に重ねて形成さ
れるシリサイド層9より相対的に厚くなる(第1図c参
照)。この後は、コンタクト孔5の側壁Aに被着したチ
タン層6と窒化チタン層7の除去工程に移る。即ち、硫
酸などの蝕刻液によりチタン層6と窒化チタン層7だけ
で溶除すると、コンタクト孔5の底部Bにのみチタンシ
リサイド層8,8が第1図dに明らかなように自己整合的
に形成される。
更に、WF6ガスと、シランSiH4ガスからなる混合ガス
を300℃〜400℃に保持した珪素を含む半導体層1に流す
と、チタンシリサイド層8,9にW層10を成長することが
できる(第1図e参照)。この時、SiH4/WF6の流量比を
1.0以下にすると、コンタクト孔5内部だけに選択的に
成長でき、逆にSiH4/WF6の流量比を1.0以下にすると、
ブランケット(Blanket)状に成長することができる。
ブランケット状に成長した場合には、その後エッチバッ
ク(Etch Back)工程によりコンタクト孔5内部だけに
Wを成長する。このような工程を経てコンタクト孔5が
埋込まれた後は、通常のプロセスに従って、AlまたはAl
合金(Al−Si、Al−Si−Cuなど)の配線をコンタクトに
接続して半導体素子を完成する。
次に第2実施例を第2図a〜cにより説明する。第1
図aと同様に不純物領域11,12を形成し、絶縁物層13と
コンタクト孔14を形成した珪素を含む半導体層15(第2
図a参照)には、マグネトロンスパッタリングによりチ
タン層16を被覆する(第2図b参照)。このスパッタリ
ングでは、マグネトロンによる磁界を利用して均一なプ
ラスマをターゲットと被処理対称物珪素を含む半導体層
1間に発生してスパッタリング工程中におけるレイト
(Rate)の均一化と堆積層の均一化を計ったものであ
る。続いて、チタン層16表面を窒化しながら熱処理を実
施して安定したチタンシリサイド層17を第2図cに示す
ように形成する。その後は、第1実施例と同様にW層
(図示せず)をCVD法により堆積する。これまでシリサ
イド層の形成にチタンを利用する例をしめしたがNi,Co
などの遷移金属をマグネトロンスパッタリング法または
メッキ法で形成しても良い。
第3実施例を番号を新たに付けて説明するが、アスペ
クト比の大きいコンタクト孔にチタン層を形成する例で
ある。即ち、第1図aと同様に不純物領域21,22を形成
し、絶縁物層23とコンタクト孔24を形成した珪素を含む
半導体層25には、マグネトロンスパッタリング法または
メッキ法で形成する。また蒸着法によりチタン層26をコ
ンタクト孔24底部と絶縁物層23の表面だけに形成しても
差支えない。
この蒸着法においては、多点蒸着源に代えて点蒸着源
も利用でき、アスペクト比の大きいコンタクト孔24に対
して垂直方向から飛来する粒子が多点蒸着源使用時より
多いので、コンタクト孔24の側壁(第1図bのAに対応
する部分)には堆積しないので底部の厚さが比較的大き
くなる。なお、このように形成したコンタクトに、第1
の実施例で述べたようにAlまたはAl合金から成る配線を
設けて半導体素子を完成する。
このようにして得られたステップカバレイジを第3図
a〜dにより説明すると、第3図aには、マグネトロン
スパッタリング法により得られるチタン層のものを示し
ており、第3図dには、蒸着法により形成されるチタン
層のステップカバレイジに相当するものである。この後
の熱処理を経ることにより蒸着法により形成されるチタ
ン層が高アスペクト比のコンタクト孔底部に厚く形成さ
れて非常に有利になる。
このようにして得られたチタン層26にWを成長させる
と第3図cにあるようにブランケット状のW層が得られ
る。また、第3図dに示すようにコンタクト孔24の上部
即ち絶縁物層23の表面に堆積したチタン層26を選択的に
酸化するとチタン酸化層が形成される。このチタン酸化
層には、W層27が成長しないためにコンタクト孔24内部
だけに得られ好都合になる(第3図d参照)。
〔発明の効果〕
このように本発明では、下地の珪素を含む半導体層に
関係なくWを形成できるのが大きな特徴である。特に、
コンタクト抵抗、接合リークなどの電気的特性は、遷移
金属シリサイドからなるシリサイド層の形成時に決定さ
れるので、W−CVD工程の条件などに無関係に安定した
電気的特性が得られる極めて有利な効果がある。具体的
には、1μm口のコンタクト孔を基にWを埋込んで得ら
れるコンタクトの抵抗は、従来の水素還元方法で1000Ω
を示したのに対して本発明方法で形成する僅か50〜60Ω
が得られた。
接合のリーク電流に関しては、従来のコンタクト10-7
〜10-8Aであったものが、本発明方法では10-10〜10-11A
のリーク電流が発生するものもある。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜e、第2図a〜c及び第3図a〜dは、いず
れも本発明の各工程を示す断面図である。 1:珪素を含む半導体層、2,11,21:P領域、 3,12,22:N領域、4,13,23:絶縁物層、 5,14,24:コンタクト孔、6,16,26:チタン層、 7:窒化チタン層、 8,9,17:シリサイド層、27:W層。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】珪素を含む半導体層に絶縁物層を被覆する
    工程と,この半導体層に不純物領域を形成する工程と,
    前記絶縁物層にコンタクト孔を形成すると共に前記絶縁
    物層を露出する工程と,このコンタクト孔底部にTi、Ni
    及びCoからなる群から選定する一種又は複数種を堆積し
    て前記不純物領域に接触させる工程と,このTi、Ni及び
    Coからなる群から選定する一種又は複数種をシリサイド
    化する工程と,このシリサイド層に化学気相成長法によ
    りW層を堆積する工程と,このW層に配線層を形成する
    工程とを具備することを特徴とするコンタクトの形成方
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