JP3416714B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンタクトホールを
介して半導体基板上の活性領域と外部とを接続した半導
体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置として、活性領域を有する半
導体基板上に絶縁膜を形成したのち、この絶縁膜にコン
タクトホールを形成し、さらにコンタクトホール内に埋
め込み電極を形成し、この埋め込み電極を介して活性領
域と表面電極とを接続したものがある。

【０００３】以下、図４を参照しながら、上記した半導
体装置の従来の製造方法を説明する。

【０００４】まず、図４（ａ）に示すように、活性領域
５０ａが既に形成されている半導体基板５０上にさらに
絶縁膜５１を形成する。そして、絶縁膜５１上に有機高
分子膜からなるレジスト膜（図示省略）を形成したの
ち、ホトリソグラフィによってパターニングすることで
レジストパターン（図示省略）を形成する。さらに、レ
ジストパターンが形成された絶縁膜５１をドライエッチ
ングにより選択的にエッチングすることで、絶縁膜５１
にコンタクトホール５２を形成する。

【０００５】コンタクトホール５２を形成した後、図４
（ｂ）に示すように、コンタクトホール５２の底面（コ
ンタクトホール５２内に露出している半導体基板５０の
表面）に形成された酸化膜を、アルゴン分子を用いたス
パッタリング法によりエッチングすることで除去する。
さらには、酸化膜を除去したのち、絶縁膜５１の表面な
らびにコンタクトホール５２の内面に、後にバリアメタ
ル層５５となるチタン系高融点金属膜５３をスパッタリ
ング法で形成する。その後、図４（ｃ）に示すように、
チタン系高融点金属膜５３の上から、後に埋め込み電極
本体５６となるタングステン系高融点金属膜５４を形成
する。さらには、図４（ｄ）に示すように、チタン系高
融点金属膜５３ならびにタングステン系高融点金属膜５
４をエッチバックすることにより、絶縁膜５１表面のチ
タン系、タングステン系の各高融点金属膜５３，５４を
除去する。これによりコンタクトホール５２内にバリア
メタル層５５と埋め込み電極本体５６とからなる埋め込
み電極５７を形成する。

【０００６】そして、図４（ｅ）に示すように、埋め込
み電極５７に形成された酸化膜を、アルゴン分子を用い
たスパッタリング法によりエッチングすることで除去
し、その後、図４（ｆ）に示すように、アルゴン分子を
用いたスパッタリング法により、後に表面電極本体６１
となるアルミニウム合金膜５８を形成し、さらには、ア
ルミニウム合金膜５８上に、チタン系高融点金属膜５９
をアルゴン分子を用いたスパッタリング法により形成す
る。

【０００７】その後、図４（ｇ）に示すように、チタン
系高融点金属膜５９上に有機高分子膜からなるレジスト
膜（図示省略）を形成し、さらにホトリソグラフィによ
ってパターニングすることでレジストパターン６０を形
成する。さらに、図４（ｈ）に示すように、レジストパ
ターン６０をドライエッチング時の保護膜として、チタ
ン系高融点金属膜５９およびアルミニウム合金膜５８を
塩素系ガスを用いたドライエッチングにより選択的にエ
ッチングすることで、表面電極本体６１およびチタン系
高融点金属の残存膜６２からなる表面電極６３を形成す
る。なお、チタン系高融点金属膜５９は、アルミニウム
合金膜５８のフォトリソグラフィ時で問題となるアルミ
ニウム合金膜５８のハレーションを防止するために設け
られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして行う従来の半導体装置の製造方法には、隣接す
る表面電極６３の間でシヨートが発生しやすく、そのた
めに、半導体装置の歩留まりが悪いうえに、半導体装置
の高密度化や高集積化に十分対応できない、という課題
があった。以下、説明する。

【０００９】一般に、スパッタリング法等によるエッチ
ングを行った場合、平坦な部位より突出している角部部
位のエッチング速度が早くなることが知られている。し
たがって、酸化膜除去を目的として絶縁膜５１にエッチ
ングを施すと、コンタクトホール５２の上端角部が最も
エッチングされてしまって、テーパ状に変形してしま
う。

【００１０】そのため、形成直後では開口部直径が寸法
α（図４（ａ）参照）であったコンタクトホール５２
は、コンタクトホール５２底面の酸化膜除去工程を経る
と、コンタクトホール５２の上端角部にテーパ部５２
ａ’が形成され、その開口部直径は寸法（α＋２β）と
なる（図４（ｂ）参照）。

【００１１】さらには、埋め込み電極５７の酸化膜除去
工程を経ると、テーパ部５２ａ’の上からさらにテーパ
部５２ａが形成され、その開口部直径は寸法（α＋２β
＋２γ）となる（図４（ｅ）参照）。

【００１２】一方、表面電極６３をパターニングするた
めに行うドライエッチングでは、形成するパターンの端
部が傾斜面に位置すると、構造上、傾斜面での表面電極
６３となる膜の膜厚が他の部分より薄いためにサイドエ
ッチが進行して精度の高いパターニングができないとい
う特徴がある。このような構造上の特徴により、表面電
極６３の端部をテーパ部５２ａ上に配置することができ
ず、テーパ部５２ａより外側の絶縁膜５１の平坦面上に
配置せざるをえなかった。そのため、表面電極６３の幅
は寸法（α＋２β＋２γ）より広くなっていた（図４
（ｈ）参照）。

【００１３】このように、コンタクトホール５２上に形
成される表面電極６３の幅を狭くすることが困難である
上記従来の製造方法で、高密度、高集積化されて、隣接
する表面電極６３どうしの離間間隔が可及的に狭くなっ
てきている昨今の半導体装置を製造しようとすると、表
面電極６３の間でシヨートが発生しやすく、このこと
が、半導体装置の歩留まりを悪化させる要因になるとと
もに、高密度化や高集積化に十分対応できない要因にな
っていた。

【００１４】具体的に述べれば、昨今の半導体装置で
は、コンタクトホール５２の直径は０．６μｍ程度であ
り、表面電極６３の離間間隔は１．０μｍ程度となって
おり、このような形成条件でコンタクトホール５２に前
後２回の酸化膜の除去工程を施すと、その開口部直径は
１．０μｍ程度となって大幅に拡幅してしまい、これで
は、隣接する表面電極６３どうしがショートしやすくな
っていた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、半導体基板上の絶縁膜にコンタクトホール
を形成したのち、コンタクトホールの底部に位置する前
記半導体基板の酸化膜を除去し、さらに、コンタクトホ
ールに埋め込み電極を形成する半導体装置の製造方法で
あって、前記酸化膜を除去する前に、コンタクトホール
の上端角部を覆う第１エッチング保護膜を前記絶縁膜上
に形成することに特徴を有している。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、半導体基板上の絶縁膜にコンタクトホールを形成し
たのち、コンタクトホールの底部に位置する前記半導体
基板の酸化膜を除去し、さらに、コンタクトホールに埋
め込み電極を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記酸化膜を除去する前に、コンタクトホールの上端角
部を覆う第１エッチング保護膜を前記絶縁膜上に形成し
ており、これにより、次のような作用を有する。すなわ
ち、絶縁膜に第１エッチング保護膜を形成しているの
で、コンタクトホール底部の酸化膜を除去する工程にお
いても、コンタクトホールの上端角部がテーパ状に変形
することがなくなる。

【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に係る
発明において、前記第１エッチング保護膜として、高融
点金属膜もしくはＣＶＤ膜を前記絶縁膜上に形成してお
り、これにより、次のような作用を有する。すなわち、
高融点金属膜もしくはＣＶＤ膜は、半導体装置の他の部
位に一般的に形成される膜であるので、その製法を流用
することができるうえ、特に、高融点金属膜を形成する
場合には、第１エッチング保護膜を比較的低温で形成す
ることが可能となり、半導体基板上に形成される活性領
域等に熱の悪影響を及ぼすことがなくなる。

【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に係る発明において、前記埋め込み電極の形成後、埋
め込み電極より突出しているコンタクトホールの上端角
部を覆う第２エッチング保護膜を前記絶縁膜上に形成し
たうえで埋め込み電極に形成された酸化膜を除去し、さ
らに、酸化膜を除去した埋め込み電極上に、表面電極を
形成しており、これにより、次のような作用を有する。
すなわち、絶縁膜に第２エッチング保護膜を形成してい
るので、埋め込み電極の酸化膜を除去する工程において
も、コンタクトホールの上端角部がテーパ状に変形する
ことがなくなる。

【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項３に係る
発明において、前記第２エッチング保護膜として、高融
点金属膜もしくはＣＶＤ膜を前記絶縁膜上に形成してお
り、これにより次のような作用を有する。すなわち、高
融点金属膜もしくはＣＶＤ膜は、半導体装置の他の部位
に一般的に形成される膜であるので、その製法を流用す
ることができるうえ、特に、高融点金属膜を形成する場
合には、第２エッチング保護膜を比較的低温で形成する
ことが可能となり、半導体基板上に形成される活性領域
等に熱の悪影響を及ぼすことがなくなる。

【００２０】以下、本発明の実施の形態の半導体装置の
製造方法ついて、図面を参照しながら説明する。図１お
よび図２は本発明の一実施の形態である半導体装置の製
造方法の各工程を示す断面図である。

【００２１】この半導体装置１は、図２（ｃ）に示すよ
うに、活性領域２ａを有する半導体基板２上に絶縁膜３
を形成したのち、この絶縁膜３にコンタクトホール４を
形成している。そして、コンタクトホール４内に埋め込
み電極５を形成したうえで、埋め込み電極５上に表面電
極６を形成し、埋め込み電極５を介して活性領域２ａと
表面電極６とを接続している。埋め込み電極５は、コン
タクトホール４の底面および側壁に形成されたチタン系
高融点金属からなるバリアメタル層７と、バリアメタル
層７の上からコンタクトホール４に埋め込まれたタング
ステン系高融点金属からなる埋め込み電極本体８とから
なっている。表面電極６は埋め込み電極５の上からコン
タクトホール４を覆って形成されたアルミニウム合金か
らなる表面電極本体９と、表面電極本体９を覆って形成
されたチタン系高融点金属の残存膜１０とから構成され
ている。

【００２２】次のこの半導体装置１の製造工程を順を追
って説明する。

【００２３】まず、図１（ａ）に示すように、活性領域
２ａが既に形成されている半導体基板２上にさらに絶縁
膜３を形成する。そして、絶縁膜３上に有機高分子膜か
らなるレジスト膜（図示省略）を形成したのち、ホトリ
ソグラフィによってパターニングすることでレジストパ
ターン（図示省略）を形成する。さらに、レジストパタ
ーンが形成された絶縁膜３をドライエッチングにより選
択的にエッチングすることで、絶縁膜３にコンタクトホ
ール４を形成する。

【００２４】コンタクトホール４を形成したのち、図１
（ｂ）に示すように、アルゴン分子を用いた真空度１０
^-2Torrのスパッタリング法等の手法により、８０ｎｍ程
度の膜厚を有するチタン系高融点金属からなる第１エッ
チング保護膜１１を絶縁膜２上およびコンタクトホール
４内に形成する。

【００２５】第１エッチング保護膜１１を形成したの
ち、図１（ｃ）に示すように、第１エッチング保護膜１
１を、エッチバックして除去する。このときのエッチバ
ックの手法としては、例えばアルゴン分子を用いたスパ
ッタリングが適当であり、さらには、スパッタリングの
条件としては、例えば、真空度：１０^-2Torr、高周波出
力：７５ｗ、スパッタリング時間：５分間が適当であ
る。

【００２６】上記エッチバック工程により、第１エッチ
ング保護膜１１とともに、コンタクトホール４底面の酸
化膜（半導体基板２の表面に形成されている）を除去す
るのであるが、その際、絶縁膜３は第１エッチング保護
膜１１によって覆われているため、酸化膜のエッチング
に際して同時にエッチングされるのは第１エッチング保
護膜１１であって、絶縁膜３はほとんどエッチングされ
ない。そのため、コンタクトホール４上端角部はテーパ
状に変形せずにその形状が保持され、コンタクトホール
４の開口部直径が広がることはない。なお、このエッチ
バック工程により、コンタクトホール４の側壁部には、
エッチング条件により第１エッチング保護膜１１の一部
１１’が多少は残存するが、特に問題とはならない。

【００２７】コンタクトホール４の底面にある酸化膜を
除去した後、図１（ｄ）に示すように、後にバリアメタ
ル層７となる膜厚４０ｎｍのチタン系高融点金属膜１３
を形成する。この金属膜１３の形成方法としては、例え
ば、アルゴン分子を用いた真空度１０^-2Torrのスパッタ
リング法が適当である。

【００２８】その後、チタン系高融点金属膜１３の上
に、後に表面電極本体８となる膜厚８００ｎｍのタング
ステン系高融点金属膜１４を形成する。この金属膜１４
の形成方法としては、例えば、真空度８０Torrの六フッ
化タングステン雰囲気中での気相成長法が適当である。

【００２９】チタン系，タングステン系の各高融点金属
膜１３，１４を形成したのち、図１（ｅ）に示すよう
に、絶縁膜３上のタングステン系高融点金属膜１４及び
チタン系高融点金属膜１３をエッチバック法によりエッ
チングする。このときのエッチバック法として、例え
ば、タングステン系高融点金属膜１４は、真空度１０^-2
Torr、高周波出力２００Ｗ、６フッ化硫黄（ＳＦ₆）系
のプラズマ雰囲気で３分間が適当である。チタン系高融
点金属膜１３は、塩素（Ｃｌ₂）系雰囲気で、真空度１
０^-2Torr、高周波出力１５０Ｗで２分間のドライエッチ
ング法が適当である。これにより、タングステン系およ
びチタン系の高融点金属膜１４，１３を絶縁膜３上から
除去する一方、コンタクトホール４内には残存させるこ
とで、コンタクトホール４内にバリアメタル層７および
埋め込み電極本体８からなる埋め込み電極５を形成す
る。

【００３０】埋め込み電極５を形成した後、図１（ｆ）
に示すように、アルゴン分子を用いた真空度１０^-2Torr
のスパッタリング法等の手法により、８０ｎｍ程度の膜
厚を有するチタン系高融点金属からなる第２エッチング
保護膜１５を絶縁膜２上および埋め込み電極５上に形成
する。

【００３１】第２エッチング保護膜１５を形成したの
ち、図１（ｇ）に示すように、第２エッチング保護膜１
５を、エッチバックして除去する。このときのエッチバ
ックの手法としては、第１エッチング保護膜１１の除去
のときの手法および条件と同様での手法が適当である。

【００３２】上記エッチバック工程により、第２エッチ
ング保護膜１５とともに、埋め込み電極５の酸化膜を除
去するのであるが、その際、絶縁膜３は第２エッチング
保護膜１５によって覆われており、酸化膜のエッチング
に際して同時にエッチングされるのは第２エッチング保
護膜１５であって、絶縁膜３はほとんどエッチングされ
ない。そのため、コンタクトホール４上端角部はテーパ
状に変形せずにその形状が保持され、コンタクトホール
４の開口部直径が広がることはない。なお、このエッチ
バック工程により、コンタクトホール４の側壁部には、
エッチング条件により第２エッチング保護膜１５の一部
１５’が多少は残存するが、問題とはならない。

【００３３】酸化膜を除去した後、図２（ａ）に示すよ
うに、半導体基板２および埋め込み電極５上にアルミニ
ウム合金膜１６を形成する。アルミニウム合金膜１６
は、例えば、アルゴン分子を用いた１０^-3Torrの真空下
でのスパッタリング法で形成するのが適当である。次い
で、アルミニウム合金膜１６上にチタン系高融点金属膜
１７を形成する。

【００３４】この後、図２（ｂ）のように、有機高分子
膜を用いたフォトリソグラフィによりレジストパターン
１８を形成する。そして、塩素系ガスを用いたドライエ
ッチング法によってチタン系高融点金属膜１７ならびに
アルミニウム合金膜１６をエッチングし、次いでレジス
トパターン１８を除去することで、表面電極本体９およ
びチタン系高融点金属の残存膜１０からなる表面電極６
が形成されて、図２（ｃ）に示す半導体装置１が完成す
る。

【００３５】なお、この半導体装置１の構成を用いて、
図３に示すように、多層構造の半導体装置２０を形成す
る場合には、図２（ｃ）に示した工程の後、絶縁膜３上
にさらにもう一層絶縁層２１を形成し、この絶縁層２１
にコンタクトホール２２を形成する。そして、このコン
タクトホール２２に、前述した埋め込み電極５や表面電
極６と同様の埋め込み電極２３、表面電極２４および、
アルミニウム配線パターン２５を形成する。

【００３６】ところで、半導体装置１の製造方法では、
第１，第２エッチング保護膜１１，１５によって絶縁膜
３を保護しているので、コンタクトホール４は、その形
状が変化する（上端角部がテーパ状に変形する）ことが
なく、形成当初の形状（開口部直径）を維持することが
可能となった。そのため、表面電極６の幅が必要以上に
広くなることがなくなり、表面電極６の幅が広くなるこ
とに起因する表面電極６の間のショートも発生しにくく
なる。

【００３７】なお、上述した実施の形態では、第１エッ
チング保護膜１１，第２エッチング保護膜１５をチタン
系高融点金属膜としたが、これら保護膜１１，１５はモ
リブデン系、タングステン系の高融点金属膜でもよく、
さらには、プラズマ系ＣＶＤ膜、珪酸ガラス膜系ＣＶＤ
膜でもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果が得られる。

【００３９】請求項１，３の効果 絶縁膜に第１エッチング保護膜を形成することで、コン
タクトホール上に形成される表面電極の幅が必要以上に
広くなることがなくなった。そのため、高密度、高集積
化されて、隣接する表面電極どうしの離間間隔が可及的
に狭くなってきている昨今の半導体装置を製造する場合
であっても、表面電極の間でシヨートが発生することが
起きにくくなって半導体装置の歩留まりが向上するとと
もに、高密度化や高集積化にも十分対応できるようにな
った。

【００４０】請求項２，４の効果 半導体装置の他の部位に一般的に形成される高融点金属
膜もしくはＣＶＤ膜の製法を第１、第２エッチング保護
膜の製法としてそのまま流用することができるので、工
程が複雑化することを防止でき、その分、製造コストの
上昇を抑えることができた。さらには、特に、高融点金
属膜を形成する場合には、これらエッチング保護膜を比
較的低温で安定的に形成することが可能となり、半導体
基板上に形成される活性領域やアルミニウム配線等をこ
れらエッチング保護膜生成時の熱の悪影響により、損傷
させるといった不都合が起きなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法の
前半の工程をそれぞれ示す断面図である。

【図２】実施の形態の半導体装置の製造方法の後半の工
程をそれぞれ示す断面図である。

【図３】実施の形態の製造方法で作製した多層構造の半
導体装置の構造を示す断面図である。

【図４】従来の半導体装置の製造方法の各工程をそれぞ
れ断面図である。

【符号の説明】

２ 半導体基板 ３ 絶縁膜 ４ コンタクトホール ５ 埋め込み電極 ６ 表面電極 １１ 第１エッチング保護膜 １５ 第２エッチング保護膜

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上の絶縁膜にコンタクトホー
   ルを形成したのち、コンタクトホールの底部に位置する
   前記半導体基板の酸化膜を除去し、さらに、コンタクト
   ホールに埋め込み電極を形成する半導体装置の製造方法
   であって、 前記酸化膜を除去する前に、コンタクトホールの上端角
   部を覆う第１エッチング保護膜を前記絶縁膜上に形成す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１エッチング保護膜として、高融
   点金属膜もしくはＣＶＤ膜を前記絶縁膜上に形成するこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記埋め込み電極の形成後、埋め込み電
   極より突出しているコンタクトホールの上端角部を覆う
   第２エッチング保護膜を前記絶縁膜上に形成したうえで
   埋め込み電極に形成された酸化膜を除去し、さらに、酸
   化膜を除去した埋め込み電極上に、表面電極を形成する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記第２エッチング保護膜として、高融
   点金属膜もしくはＣＶＤ膜を前記絶縁膜に形成すること
   を特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。