JP2828014B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
の製造方法に関し、特に微細なコンタクトホールと積層
構造の配線層とを有する半導体装置とその製造方法に関
する。
として精力的に進められ、現在では0.15μm程度の
寸法基準で設計された1ギガビット・ダイナミック・ラ
ンダム・アクセス・メモリー(GbDRAM)等の超高
集積の半導体デバイスが開発試作されている。そして、
このような半導体デバイスの微細化に伴って、半導体素
子構造の形成に必須となっているコンタクトホールのア
スペクト比(コンタクトホールの深さ/コンタクトホー
ルの口径)はますます大きくなってきている。
比を低下させる方法として種々の技術が提案されてい
る。この中で、特開昭3−181126号公報に記載さ
れている技術について以下に説明する。この方法は、コ
ンタクトホールの底部をかさ上げし上記アスペクト比を
小さくしようとするものである。
従来の技術でのコンタクトホール部の断面図である。図
5に示すように、シリコン基板11の表面に選択的に拡
散層12が形成される。そして、このシリコン基板11
を被覆するように第1の層間絶縁膜13が堆積される。
次に、この第1の層間絶縁膜13の所定の領域すなわち
拡散層12上に位置する領域に第1のコンタクトホール
14が形成される。そして、この第1のコンタクトホー
ル14を通してリン不純物が導入される。
含むウェーハ全面に多結晶シリコン膜とWSi等のシリ
サイド膜とが堆積される。そして、フォトリソグラフィ
技術とドライエッチング技術とでこの多結晶シリコン膜
とシリサイド膜は加工され、ポリSi層15とシリサイ
ド層16とが、第1のコンタクトホール14を被覆する
ように設けられる。
i層15、シリサイド層16と第1の層間絶縁膜13を
被覆するように堆積される。そして、この第2の層間絶
縁膜17の所定の領域すなわちシリサイド層16上に位
置する領域に第2のコンタクトホール18が形成され
る。そして、配線19がシリサイド層16に接続して形
成される。
拡散層12上のコンタクトホール部の底部が、ポリSi
層15とシリサイド層とでかさ上げされ、配線19の形
成時のコンタクトホール部のアスペクト比は低減され
る。そして、配線19のコンタクトホール部でのカバレ
ッジが向上する。
トリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜をパター
ニングする場合に、第2のコンタクトホール18のパタ
ーンがポリSi層15およびシリサイド層16の領域か
ら位置ずれするようになる。そこで、この位置ずれをみ
こし余裕のある寸法のポリSi層15とシリサイド層1
6とが形成されなければならない。しかし、このように
すると、これに相当して半導体装置の集積度が低下す
る。
ールを形成するために2回のフォトリソグラフィ工程が
必須になり、さらに、ポリSi層15とシリサイド層1
6を形成するためのフォトリソグラフィ工程も必要にな
る。更には、ポリSi層とシリサイド層用の導電体材の
成膜工程も必要になる。このように、この方法では製造
工程数が大幅に増加するようになる。
いコンタクトホールのアスペクト比が増大するのを簡便
な方法で抑制しようとすることにある。
体装置では、半導体基板上の層間絶縁膜に形成されるコ
ンタクトホールの領域部において、前記コンタクトホー
ルの外部および前記コンタクトホールの内部を被覆する
第1の配線層と第2の配線層とが積層して形成され、前
記コンタクトホールの底部に形成された前記第1の配線
層がチタンシリサイド層と窒化チタン層との積層膜で構
成され、前記コンタクトホールの側壁部に形成される前
記第1の配線層がチタン膜で構成され、前記積層膜が前
記チタン膜の膜厚より厚くなるように形成されている。
は、シリコン基板上に層間絶縁膜を形成し所定の領域に
コンタクトホールを形成した後、前記コンタクトホール
の領域部および前記層間絶縁膜を被覆するチタン膜を形
成する工程と、前記チタン膜表面に対する垂直な方向か
らの窒素イオン注入で、前記コンタクトホールの側壁部
のチタン膜に窒素を導入しないで前記コンタクトホール
の底部のチタン膜に窒素を導入する工程と、前記側壁部
のチタン膜が変化しないように熱処理を施し前記コンタ
クトホールの底部にチタンシリサイド層と窒化チタン層
との積層膜を形成する工程とを含む。
1の実施の形態を説明する。図1は本発明を適用した場
合のコンタクトホール部の断面図である。
シリコン基板1の表面に選択的に拡散層2が形成され
る。そして、このシリコン基板1を被覆するように層間
絶縁膜3が堆積される。ここで、この層間絶縁膜3は膜
厚が2μmのシリコン酸化膜である。次に、この層間絶
縁膜3の所定の領域すなわち拡散層2上に位置する領域
にコンタクトホール4が形成される。ここで、このコン
タクトホール4は公知のフォトリソグラフィ技術とドラ
イエッチィング技術とで形成され、その口径は例えば
0.8μmに設定される。そして、このコンタクトホー
ル4を通してリン不純物が拡散層2に導入される。
で、この第1の配線層5はコリメート・スパッタ法で堆
積された窒化チタン膜で構成される。このスパッタ法で
は、コリメータの孔のアスペクト比が所定の値に設定さ
れ、コンタクトホール底部の配線5aの膜厚が100n
mに、コンタクトホール側部の配線5bの膜厚が50n
m以下になるように堆積される。すなわち、コンタクト
ホール底部の配線膜厚がコンタクト側部の配線膜厚の2
倍以上になるように設定される。
に、第2の配線層6が形成される。この第2の配線層6
は通常のスパッタ法で堆積されたアルミ銅合金等の金属
膜である。そして、その膜厚は500nm程度に設定さ
れる。
ンタクトホール4の底部で膜厚が厚くなる第1の配線層
5aが予め堆積される。このために、コンタクトホール
4のアスペクト比が小さくなり、配線層(この場合第2
の配線層)がコンタクトホール4内にも容易に形成され
る。そして、拡散層2と配線層との電気接続が簡便な方
法でしかも信頼性よくなされるようになる。
形成されてもよい。例えば、初めにコリメート・スパッ
タ法でチタン膜が堆積される。ここで、このチタン膜の
膜厚は150nm程度に設定される。次に、このチタン
膜表面に対し垂直な方向から窒素がイオン注入される。
この場合の窒素イオンのドーズ量は1×1017/cm2
程度に、注入エネルギーは50keVにそれぞれ設定さ
れる。このようにした後、600〜800℃温度のラン
プアニールが施される。この熱処理で、チタン膜の一部
は拡散層2表面のシリコンと反応しチタンシリサイド層
が形成される。さらにチタン膜の上部は注入された窒素
と反応して窒化チタン層が形成される。この場合には、
コンタクトホール底部の配線5aはチタンシリサイド層
と窒化チタン層とで構成され、その膜厚は元のチタン膜
厚の2倍すなわち300nm程度になる。ここで、コン
タクトホール4の側部に被着するチタン膜には、上記イ
オン注入で窒素イオンは注入されない。また、この側部
のチタン膜はシリコン基板1とシリサイド反応しない。
このため、上記チタン膜の変化はなく、その膜厚の変化
もない。
コンタクトホール4のアスペクト比が更に小さくなり、
第2の配線層6のコンタクトホール4内への形成がさら
に容易になる。また、第1の配線層5と拡散層2との接
触抵抗は大幅に低減され、0.2μm以下の微細コンタ
クトホールの形成に適するようになる。
て、図2と図3で説明する。図2は、本発明の場合のコ
ンタクトホール部の模式的な断面図である。また、図3
は従来の技術の場合のコンタクトホール部の模式的な断
面図である。
層間絶縁膜3の膜厚は2μmである。そして、この層間
絶縁膜4に形成されたコンタクトホール4のコンタクト
ホールの開口径は0.8μmである。ここで、コリメー
ト・スパッタ法で膜厚100nmの第1の配線層5が成
膜されると、コンタクトホール底部の膜厚が100nm
になるのに対し、コンタクトホール側部の膜厚は50n
mになる。
する段階では、コンタクトホール4の実質的な口径は
0.7μmになる。そして、コンタクトホール4の実質
的な深さは2μmのままである。これは、層間絶縁膜3
表面の第1の配線層の膜厚とコンタクトホール底部の第
1の配線層の膜厚とが同一になるためである。
クトホールの実質的なアスペクト比は2μm/0.7μ
m=2.86になる。
示すように、コンタクトホール4の実質的な深さは2μ
mであり、コンタクトホール4の実質的な口径は0.6
μmとなる。これは、コンタクトホール4の底部と側部
とに100nmの同一膜厚の第1の配線層が形成される
からである。このため、従来の技術の場合にはコンタク
トホールの実質的なアスペクト比は2μm/0.6μm
=3.33である。
のアスペクト比は従来の場合より15%程度低減される
ようになる。また、このアスペクト比が3以下になるた
め、第2の配線層6は、通常のスパッタ法でコンタクト
ホール内に堆積される。
の形態を説明する。図4は本発明を適用した場合の別の
コンタクトホール部の断面図である。
に拡散層2が形成され、このシリコン基板1を被覆する
層間絶縁膜3が堆積される。ここで、この層間絶縁膜3
は膜厚が3μm程度のシリコン酸化膜である。次に、こ
の層間絶縁膜3の拡散層2上に位置する領域にコンタク
トホール4aが形成される。ここで、このコンタクトホ
ール4aはその上部がラッパ状に拡った形状を有してい
る。このような形状は、フォトリソグラフィ技術で形成
したレジストマスクをエッチングマスクに用い2ステッ
プのエッチングで形成される。すなわち、初めこのレジ
ストマスクで層間絶縁膜3の上部が等方的にエッチング
され、続けて層間絶縁膜3の下部が異方的にドライエッ
チングされる。ここで、このようなラッパ形状は、この
等方性エッチングと異方性エッチングのエッチング時間
を変化させて制御できる。
で、この第1の配線層5はコリメート・スパッタ法で堆
積された窒化チタン膜で構成される。この場合にも、コ
ンタクトホール底部の配線5aの膜厚は、コンタクトホ
ール側部の配線5bの膜厚より厚くなるように形成され
る。
第1の配線5を被覆して第2の配線層6が形成される。
この第2の配線層6は通常のスパッタ法で堆積されたア
ルミ銅合金等の金属膜である。そして、その膜厚は50
0nm程度に設定される。
態で説明した本発明の効果が現れる。またこの場合に
は、第1の実施の形態の場合よりコンタクトホールのア
スペクト比は実質的に小さくなり、第2の配線層6のコ
ンタクトホール部でのカバレッジはさらに向上する。
にコンタククトホールが形成される場合について説明さ
れた。本発明はこのようなコンタクトホールに限定され
ない。本発明の効果は、多層配線での下層の配線上の層
間絶縁膜に形成されるコンタクトホールの場合でも同様
に生じるものである。
置では、半導体基板上の層間絶縁膜に形成されるコンタ
クトホールの領域部において、コンタクトホールの外部
およびコンタクトホールの内部を被覆する第1の配線層
と第2の配線層とが積層して形成され、コンタクトホー
ルの底部に形成される第1の配線層の膜厚が前記コンタ
クトホールの側部に形成される第1の配線層の膜厚より
厚くなるように形成されている。
比が低くなりコンタクトホール部の底部と側部での第2
の配線層のカバレッジが改善される。
ではその製造工程は全く増加せず、またその構造も簡素
になる。このため、信頼性が高く微細構造である半導体
素子を有する半導体装置の製造が容易になる。
トホール部の断面図である。
ル部の模式的断面図である。
ル部の模式的断面図である。
トホール部の断面図である。
部の断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板上の層間絶縁膜に形成される
コンタクトホールの領域部において、前記コンタクトホ
ールの領域部を被覆する第1の配線層と第2の配線層と
が積層して形成され、前記コンタクトホールの底部に形
成される前記第1の配線層がチタンシリサイド層と窒化
チタン層との積層膜で構成され、前記コンタクトホール
の側壁部に形成される前記第1の配線層がチタン膜で構
成され、前記積層膜が前記チタン膜の膜厚より厚くなる
ように形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 シリコン基板上に層間絶縁膜を形成し所
定の領域にコンタクトホールを形成した後、前記コンタ
クトホールの領域部および前記層間絶縁膜を被覆するチ
タン膜を形成する工程と、前記チタン膜表面に対する垂
直な方向からの窒素イオン注入で、前記コンタクトホー
ルの側壁部のチタン膜に窒素を導入しないで前記コンタ
クトホールの底部のチタン膜に窒素を導入する工程と、
前記側壁部のチタン膜が変化しないように熱処理を施し
前記コンタクトホールの底部にチタンシリサイド層と窒
化チタン層との積層膜を形成する工程と、を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8074100A JP2828014B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8074100A JP2828014B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09266250A JPH09266250A (ja) | 1997-10-07 |
JP2828014B2 true JP2828014B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=13537441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8074100A Expired - Fee Related JP2828014B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2828014B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07245345A (ja) * | 1994-03-04 | 1995-09-19 | Yamaha Corp | 配線形成法 |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP8074100A patent/JP2828014B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH09266250A (ja) | 1997-10-07 |
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