JP2954263B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は半導体装置の製造方法に係り、特に、半導
体基板に形成されたＰ型拡散領域、Ｎ型拡散領域、ポリ
サイド層上にコンタクトを形成する方法に関するもので
ある。
体基板に形成されたＰ型拡散領域、Ｎ型拡散領域、ポリ
サイド層上にコンタクトを形成する方法に関するもので
ある。
（従来の技術） 第６図は、文献「シンポジューム・オン・ヴイエルエ
スアイ・テクノロジー（Symposium on VLSI technolog
y）1987,P103〜104」に開示される従来の半導体装置の
製造方法を示す。この方法を説明すると、まずシリコン
基板１にP+拡散領域2,N+拡散領域3,分離酸化膜4,ポリシ
リコン層5,ポリサイド層６を形成し、素子や電極配線層
を形成した後、基板１上の全面に層間絶縁膜７を形成
し、この層間絶縁膜７に前記P+拡散領域２上でコンタク
トホール８を開ける（第６図（ａ））。次に、薄いポリ
シリコン９を全面に被着し、これにＰ型不純物（ボロ
ン）をイオン注入した後、さらに厚くポリシリコン10を
堆積させ（第６図（ｂ））、その後これらポリシリコン
10,9をエッチバックすることにより、これらポリシリコ
ン10,9を前記コンタクトホール８内にのみ残す（第６図
（ｃ））。次に、前記層間絶縁膜７に、前記ポリシリコ
ン層5,ポリサイド層6,N+拡散領域３の各々の上でコンタ
クトホール11を開けた後（第６図（ｄ））、全面に薄い
ポリシリコン12を被着し、これにリン拡散法によりＮ型
の不純物を拡散させ、さらにその上に厚くポリシリコン
13を堆積させる（第６図（ｆ））。そして、そのポリシ
リコン13,12をエッチバックすることにより、これらポ
リシリコン13,12をコンタクトホール11内にのみ残す。
その後、P+拡散領域２上の埋込みポリシリコン9,10上部
の酸化膜を除去した後、Al配線14を形成する（第６図
（ｇ））。
スアイ・テクノロジー（Symposium on VLSI technolog
y）1987,P103〜104」に開示される従来の半導体装置の
製造方法を示す。この方法を説明すると、まずシリコン
基板１にP+拡散領域2,N+拡散領域3,分離酸化膜4,ポリシ
リコン層5,ポリサイド層６を形成し、素子や電極配線層
を形成した後、基板１上の全面に層間絶縁膜７を形成
し、この層間絶縁膜７に前記P+拡散領域２上でコンタク
トホール８を開ける（第６図（ａ））。次に、薄いポリ
シリコン９を全面に被着し、これにＰ型不純物（ボロ
ン）をイオン注入した後、さらに厚くポリシリコン10を
堆積させ（第６図（ｂ））、その後これらポリシリコン
10,9をエッチバックすることにより、これらポリシリコ
ン10,9を前記コンタクトホール８内にのみ残す（第６図
（ｃ））。次に、前記層間絶縁膜７に、前記ポリシリコ
ン層5,ポリサイド層6,N+拡散領域３の各々の上でコンタ
クトホール11を開けた後（第６図（ｄ））、全面に薄い
ポリシリコン12を被着し、これにリン拡散法によりＮ型
の不純物を拡散させ、さらにその上に厚くポリシリコン
13を堆積させる（第６図（ｆ））。そして、そのポリシ
リコン13,12をエッチバックすることにより、これらポ
リシリコン13,12をコンタクトホール11内にのみ残す。
その後、P+拡散領域２上の埋込みポリシリコン9,10上部
の酸化膜を除去した後、Al配線14を形成する（第６図
（ｇ））。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような従来の製造方法では、以
下のような問題点があった。
下のような問題点があった。
（１） P+拡散領域２上のコンタクトホール８と、N+拡
散領域3,ポリシリコン層5,ポリサイド層６上のコンタク
トホール11が別の工程で開孔されるので、工程が複雑に
なる。
散領域3,ポリシリコン層5,ポリサイド層６上のコンタク
トホール11が別の工程で開孔されるので、工程が複雑に
なる。
（２） 埋込み用ポリシリコンを成長させる回数が４回
必要であり、複雑になる。
必要であり、複雑になる。
（３） 上記成長させたポリシリコンをコンタクトホー
ル8,11内に残すようにエッチバックする工程が２回必要
であり、複雑となる。
ル8,11内に残すようにエッチバックする工程が２回必要
であり、複雑となる。
（４） 埋込み用ポリシリコンを成長させた時、ポリサ
イド層６上においては自然酸化膜が成長するので、この
部分のコンタクトはオーミックな特性を示さず、コンタ
クト抵抗は高くなる。
イド層６上においては自然酸化膜が成長するので、この
部分のコンタクトはオーミックな特性を示さず、コンタ
クト抵抗は高くなる。
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、ポリサイ
ド層上のコンタクトをオーミックにするとともにコンタ
クト抵抗を下げることのできる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
ド層上のコンタクトをオーミックにするとともにコンタ
クト抵抗を下げることのできる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
さらにこの発明は、前記ポリサイド層上とともにＰ型
拡散領域およびＮ型拡散領域上にポリシリコン埋込み型
でコンタクトを形成する場合に、大幅に工程の簡略化を
図れる半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
拡散領域およびＮ型拡散領域上にポリシリコン埋込み型
でコンタクトを形成する場合に、大幅に工程の簡略化を
図れる半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
（課題を解決するための手段） この発明は、半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する
工程と、前記第１の絶縁膜上にポリサイド層を形成する
工程と、前記ポリサイド層上に第２の絶縁膜を形成する
工程と、前記ポリサイド層上の第２の絶縁膜にコンタク
トホールを形成する工程と、前記コンタクトホールにポ
リシリコンを埋め込む工程と、その後900℃以上の高温
アニールを行う工程とを有するものである。
工程と、前記第１の絶縁膜上にポリサイド層を形成する
工程と、前記ポリサイド層上に第２の絶縁膜を形成する
工程と、前記ポリサイド層上の第２の絶縁膜にコンタク
トホールを形成する工程と、前記コンタクトホールにポ
リシリコンを埋め込む工程と、その後900℃以上の高温
アニールを行う工程とを有するものである。
また、この発明は、半導体基板上に不純物拡散領域を
形成する工程と、前記半導体基板上所定部に素子分離領
域を設ける工程と、前記素子分離領域上所定部にポリサ
イド層を形成する工程と、前記ポリサイド層を含む前記
半導体基板上全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁
膜の前記ポリサイド層上に位置する部分および前記不純
物拡散領域上に位置する部分の所定部にコンタクトホー
ルを形成する工程と、前記コンタクトホールにポリシリ
コンを埋め込む工程と、その後900℃以上の高温アニー
ルを行う工程とを有するものである。
形成する工程と、前記半導体基板上所定部に素子分離領
域を設ける工程と、前記素子分離領域上所定部にポリサ
イド層を形成する工程と、前記ポリサイド層を含む前記
半導体基板上全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁
膜の前記ポリサイド層上に位置する部分および前記不純
物拡散領域上に位置する部分の所定部にコンタクトホー
ルを形成する工程と、前記コンタクトホールにポリシリ
コンを埋め込む工程と、その後900℃以上の高温アニー
ルを行う工程とを有するものである。
（作用） コンタクトホールをポリシリコで埋込むために、ある
いは、コンタクトホールでポリサイド層と接続をとって
ポリシリコンまたはポリサイド構造の配線を形成するた
めに、コンタクトホールにポリシリコンを成長させた
後、コンタクトホール底部のポリサイド層表面には自然
酸化膜が形成される。しかし、その後、900℃以上の温
度でアニールを行うと、自然酸化膜が粘性流動を起こ
し、破壊される。したがって、ポリサイド層とポリシリ
コン（埋込みポリシリコン、ポリシリコン配線のポリシ
リコン、ポリサイド構造配線のポリシリコン）が直接接
続されることになり、ポリサイド層上コンタクトはオー
ミック特性を示すとともにコンタクト抵抗が低くなる。
いは、コンタクトホールでポリサイド層と接続をとって
ポリシリコンまたはポリサイド構造の配線を形成するた
めに、コンタクトホールにポリシリコンを成長させた
後、コンタクトホール底部のポリサイド層表面には自然
酸化膜が形成される。しかし、その後、900℃以上の温
度でアニールを行うと、自然酸化膜が粘性流動を起こ
し、破壊される。したがって、ポリサイド層とポリシリ
コン（埋込みポリシリコン、ポリシリコン配線のポリシ
リコン、ポリサイド構造配線のポリシリコン）が直接接
続されることになり、ポリサイド層上コンタクトはオー
ミック特性を示すとともにコンタクト抵抗が低くなる。
また、層間絶縁膜に一度にコンタクトホールを開け、
そのコンタクトホールを一度にポリシリコンで埋込むよ
うにすれば、Ｐ型拡散領域、Ｎ型拡散領域およびポリサ
イド層上にポリシリコン埋込み型でコンタクトを形成す
る方法として大幅に工程が簡略となる。
そのコンタクトホールを一度にポリシリコンで埋込むよ
うにすれば、Ｐ型拡散領域、Ｎ型拡散領域およびポリサ
イド層上にポリシリコン埋込み型でコンタクトを形成す
る方法として大幅に工程が簡略となる。
（実施例） 以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。第
１図はこの発明の第１の実施例を示す工程断面図であ
る。
１図はこの発明の第１の実施例を示す工程断面図であ
る。
この第１図の（ａ）に示すように、まずシリコン基板
21に第１の絶縁膜である分離酸化膜22,P+拡散領域23,N+
拡散領域24,配線としてのポリサイド層25を形成する。
次に同図のように基板21上の全面に第２の絶縁膜である
層間絶縁膜26を成長させ、この層間絶縁膜26には、前記
P+拡散領域23,N+拡散領域24,ポリサイド層25上の各々に
おいて一度にホソリソ・エッチング法でコンタクトホー
ル27,28,29を開ける。
21に第１の絶縁膜である分離酸化膜22,P+拡散領域23,N+
拡散領域24,配線としてのポリサイド層25を形成する。
次に同図のように基板21上の全面に第２の絶縁膜である
層間絶縁膜26を成長させ、この層間絶縁膜26には、前記
P+拡散領域23,N+拡散領域24,ポリサイド層25上の各々に
おいて一度にホソリソ・エッチング法でコンタクトホー
ル27,28,29を開ける。
次に、層間絶縁膜26上の全面にLPCVD法により第１図
（ｂ）に示すように厚いポリシリコン膜30を成長させ
る。この時、具体的には、成長圧力0.1〜0.5Torr,成長
温度570〜650℃のシランガスSiH4の熱分解でポリシリコ
ン膜30を成長させる。成長膜厚は、コンタクトホール2
7,28,29の開孔と同程度とし、１μｍの開孔径の場合、
ポリシリコン膜30も１μｍ程度成長させる。
（ｂ）に示すように厚いポリシリコン膜30を成長させ
る。この時、具体的には、成長圧力0.1〜0.5Torr,成長
温度570〜650℃のシランガスSiH4の熱分解でポリシリコ
ン膜30を成長させる。成長膜厚は、コンタクトホール2
7,28,29の開孔と同程度とし、１μｍの開孔径の場合、
ポリシリコン膜30も１μｍ程度成長させる。
これにより、第１図（ｂ）に示すように、コンタクトホ
ール27,28,29はポリシリコン膜30で完全に埋められ、か
つポリシリコン膜30の表面は平坦化される。
ール27,28,29はポリシリコン膜30で完全に埋められ、か
つポリシリコン膜30の表面は平坦化される。
次に、ドライエッチング法あるいはウエットエッチン
グ法を用いてポリシリコン膜30を成長膜厚だけエッチバ
ックする。これにより、第１図（ｃ）に示すように、ポ
リシリコン膜30はコンタクトホール27,28,29内にのみ埋
込みポリシリコン31,32,33として残ることになる。
グ法を用いてポリシリコン膜30を成長膜厚だけエッチバ
ックする。これにより、第１図（ｃ）に示すように、ポ
リシリコン膜30はコンタクトホール27,28,29内にのみ埋
込みポリシリコン31,32,33として残ることになる。
次に、第１図（ｄ）に示すように、P+拡散領域23上の
埋込みポリシリコン31を覆うようにレジストパターン34
（マスク）を形成した上で、Ｎ型不純物例えばリンやヒ
素を５×1015〜２×1016cm-2程度，エネルギー30〜200K
eVでイオン注入することにより、N+拡散領域24およびポ
リサイド層25上の埋込みポリシリコン32,33に前記Ｎ型
不純物を打込む。
埋込みポリシリコン31を覆うようにレジストパターン34
（マスク）を形成した上で、Ｎ型不純物例えばリンやヒ
素を５×1015〜２×1016cm-2程度，エネルギー30〜200K
eVでイオン注入することにより、N+拡散領域24およびポ
リサイド層25上の埋込みポリシリコン32,33に前記Ｎ型
不純物を打込む。
次に、第１図（ｅ）に示すように、Ｎ型拡散領域24と
ポリサイド層25上の埋込みポリシリコン32,33を覆うよ
うにレジストパターン35を形成した上で、Ｐ型不純物で
あるボロンやBF2を５×1015〜２×1016cm-2程度，エネ
ルギー30〜200KeVでイオン注入することにより、Ｐ型拡
散領域23上の埋込みポリシリコン31に前記Ｐ型不純物を
打込む。
ポリサイド層25上の埋込みポリシリコン32,33を覆うよ
うにレジストパターン35を形成した上で、Ｐ型不純物で
あるボロンやBF2を５×1015〜２×1016cm-2程度，エネ
ルギー30〜200KeVでイオン注入することにより、Ｐ型拡
散領域23上の埋込みポリシリコン31に前記Ｐ型不純物を
打込む。
その後、打込んだ不純物を活性化するためにアニール
を行う。この時、高速の高温アニール（RTA処理;Rapid
Thermal anneal処理）を用いて、900℃以上の温度でア
ニールを行うと、不純物の活性化がなされると同時に、
前記ポリシリコン膜30成長時ポリサイド層25の表面に成
長した自然酸化膜が粘性流動を起こし、破壊されるた
め、ポリサイド層25と埋込みポリシリコン33が直接接続
されるコンタクトとなる。
を行う。この時、高速の高温アニール（RTA処理;Rapid
Thermal anneal処理）を用いて、900℃以上の温度でア
ニールを行うと、不純物の活性化がなされると同時に、
前記ポリシリコン膜30成長時ポリサイド層25の表面に成
長した自然酸化膜が粘性流動を起こし、破壊されるた
め、ポリサイド層25と埋込みポリシリコン33が直接接続
されるコンタクトとなる。
第２図は、このことを詳細に示す図である。RTA処理
を行わない場合は、（ａ）図のようにポリサイド層25の
表面にはそのグレインに沿って自然酸化膜36が成長し、
埋込みポリシリコン33との間にバリアとして存在する。
通常、ポリシリコンの成長温度は570〜650℃で、この場
合約50〜100Åの厚さで自然酸化膜36が成長する。900℃
以上のRTA処理を行うと、この自然酸化膜36は第２図
（ｂ）に示すごとく粘性流動を起こし、グレインの谷の
移動する。したがって、ポリサイド層26と埋込みポリシ
リコン33は直接に接続されることになる。一方、RTA処
理の温度が低温の場合には自然酸化膜が充分な粘性流動
を起こさないために、第２図（ｃ）のごとくポリサイド
層25上に自然酸化膜36が残る。
を行わない場合は、（ａ）図のようにポリサイド層25の
表面にはそのグレインに沿って自然酸化膜36が成長し、
埋込みポリシリコン33との間にバリアとして存在する。
通常、ポリシリコンの成長温度は570〜650℃で、この場
合約50〜100Åの厚さで自然酸化膜36が成長する。900℃
以上のRTA処理を行うと、この自然酸化膜36は第２図
（ｂ）に示すごとく粘性流動を起こし、グレインの谷の
移動する。したがって、ポリサイド層26と埋込みポリシ
リコン33は直接に接続されることになる。一方、RTA処
理の温度が低温の場合には自然酸化膜が充分な粘性流動
を起こさないために、第２図（ｃ）のごとくポリサイド
層25上に自然酸化膜36が残る。
第３図は、RTA処理温度を変えた場合のコンタクトの
Ｉ−Ｖ特性を示すが、900℃以上の温度でオーミックな
特性を示し、自然酸化膜の粘性流動が充分であることが
分る。
Ｉ−Ｖ特性を示すが、900℃以上の温度でオーミックな
特性を示し、自然酸化膜の粘性流動が充分であることが
分る。
なお、アニールの時間は10秒以上あれば良い。
以上のようにしてRTA処理したら、最後に第１図
（ｆ）に示すようにAl配線37を各埋込みポリシリコン3
1,32,33に接続して層間絶縁膜26上に形成し、半導体装
置を完成させる。
（ｆ）に示すようにAl配線37を各埋込みポリシリコン3
1,32,33に接続して層間絶縁膜26上に形成し、半導体装
置を完成させる。
上記RTA処理の効果は、コンタクトホールを埋込まな
いコンタクトに対しても応用できる。第４図はその場合
である、この発明の第２の実施例を示す。シリコン基板
41に分離酸化膜42および配線としてのポリサイド層43を
形成する。次に、基板41上の全面に層間絶縁膜44を形成
し、この層間絶縁膜44にコンタクトホール45,46を開け
る。そして、そのコンタクトホール45,46を通してポリ
サイド層43に接続されるようにポリサイド構造の配線47
およびポリシリコン配線48を形成するが、その際のポリ
シリコン成長時、ポリサイド層43の表面に自然酸化膜が
形成されるから、配線形成後、900℃以上のRTA処理を行
う。これにより、自然酸化膜が粘性流動を起こし、破壊
されるため、ポリサイド層43とポリサイド構造配線47ま
たはポリシリコン配線48が直接に接続されるコンタクト
となる。
いコンタクトに対しても応用できる。第４図はその場合
である、この発明の第２の実施例を示す。シリコン基板
41に分離酸化膜42および配線としてのポリサイド層43を
形成する。次に、基板41上の全面に層間絶縁膜44を形成
し、この層間絶縁膜44にコンタクトホール45,46を開け
る。そして、そのコンタクトホール45,46を通してポリ
サイド層43に接続されるようにポリサイド構造の配線47
およびポリシリコン配線48を形成するが、その際のポリ
シリコン成長時、ポリサイド層43の表面に自然酸化膜が
形成されるから、配線形成後、900℃以上のRTA処理を行
う。これにより、自然酸化膜が粘性流動を起こし、破壊
されるため、ポリサイド層43とポリサイド構造配線47ま
たはポリシリコン配線48が直接に接続されるコンタクト
となる。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明の製造方法によ
れば、コンタクトホールをポリシリコンで埋込んだ後、
あるいそのコンタクトホールでポリサイド層に接続され
るポリシリコンあるいはポリサイド構造の配線を形成し
た後、900℃以上の短時間高温アニールを行ってポリサ
イド層表面の自然酸化膜によるバリアを破壊するように
したので、ポリサイド層上のコンタクトとして、オーミ
ックな特性を得ることができるとともに、低いコンタク
ト抵抗を得ることができる。第５図は、ポリサイド層コ
ンタクトのＩ−Ｖ特性を示し、イは従来法による特性、
ロはこの発明による特性を示す。これから、この発明に
よれば、オーミック特性、低いコンタクト抵抗が得られ
ていることが分る。
れば、コンタクトホールをポリシリコンで埋込んだ後、
あるいそのコンタクトホールでポリサイド層に接続され
るポリシリコンあるいはポリサイド構造の配線を形成し
た後、900℃以上の短時間高温アニールを行ってポリサ
イド層表面の自然酸化膜によるバリアを破壊するように
したので、ポリサイド層上のコンタクトとして、オーミ
ックな特性を得ることができるとともに、低いコンタク
ト抵抗を得ることができる。第５図は、ポリサイド層コ
ンタクトのＩ−Ｖ特性を示し、イは従来法による特性、
ロはこの発明による特性を示す。これから、この発明に
よれば、オーミック特性、低いコンタクト抵抗が得られ
ていることが分る。
また、この発明の製造方法によれば、前記ポリサイド
層上とともに、Ｐ型拡散領域およびＮ型拡散領域上にポ
リシリコン埋込み型でコンタクトを形成する場合に、コ
ンタクトホールの開孔と、該コンタクトホールに対する
ポリシリコンの埋込みを一度に行うようにしたので、従
来の方法に比べて大幅に工程を簡略にすることができ
る。
層上とともに、Ｐ型拡散領域およびＮ型拡散領域上にポ
リシリコン埋込み型でコンタクトを形成する場合に、コ
ンタクトホールの開孔と、該コンタクトホールに対する
ポリシリコンの埋込みを一度に行うようにしたので、従
来の方法に比べて大幅に工程を簡略にすることができ
る。
第１図はこの発明の半導体装置の製造方法の第１の実施
例を示す工程断面図、第２図はRTA処理の効果を説明す
るための断面図、第３図はRTA処理温度を変えた場合の
コンタクトのＩ−Ｖ特性を示す特性図、第４図はこの発
明の第２の実施例を示す断面図、第５図は本発明の方法
と従来法によるコンタクトのＩ−Ｖ特性を示す特性図、
第６図は従来の製造方法を示す工程断面図である。 21……シリコン基板、23……P+拡散領域、24……N+拡散
領域、25……ポリサイド層、26……層間絶縁膜、27〜29
……コンタクトホール、30……ポリシリコン膜、31〜33
……埋込みポリシリコン、41……シリコン基板、43……
ポリサイド層、44……層間絶縁膜、45,46……コンタク
トホール、47……ポリサイド構造配線、48……ポリシリ
コン配線。
例を示す工程断面図、第２図はRTA処理の効果を説明す
るための断面図、第３図はRTA処理温度を変えた場合の
コンタクトのＩ−Ｖ特性を示す特性図、第４図はこの発
明の第２の実施例を示す断面図、第５図は本発明の方法
と従来法によるコンタクトのＩ−Ｖ特性を示す特性図、
第６図は従来の製造方法を示す工程断面図である。 21……シリコン基板、23……P+拡散領域、24……N+拡散
領域、25……ポリサイド層、26……層間絶縁膜、27〜29
……コンタクトホール、30……ポリシリコン膜、31〜33
……埋込みポリシリコン、41……シリコン基板、43……
ポリサイド層、44……層間絶縁膜、45,46……コンタク
トホール、47……ポリサイド構造配線、48……ポリシリ
コン配線。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第１の絶縁膜上にポリサイド層を形成する工程と、 前記ポリサイド層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、 前記ポリサイド層上の第２の絶縁膜にコンタクトホール
を形成する工程と、 前記コンタクトホールにポリシリコンを埋め込む工程
と、 その後900℃以上の高温アニールを行う工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】半導体基板上に不純物拡散領域を形成する
工程と、 前記半導体基板上所定部に素子分離領域を設ける工程
と、 前記素子分離領域上所定部にポリサイド層を形成する工
程と、 前記ポリサイド層を含む前記半導体基板上全面に絶縁膜
を形成する工程と、 前記絶縁膜の前記ポリサイド層上に位置する部分および
前記不純物拡散領域上に位置する部分の所定部にコンタ
クトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホールにポリシリコンを埋め込む工程
と、 その後900℃以上の高温アニールを行う工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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