JP3561626B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP3561626B2 JP07878198A JP7878198A JP3561626B2 JP 3561626 B2 JP3561626 B2 JP 3561626B2 JP 07878198 A JP07878198 A JP 07878198A JP 7878198 A JP7878198 A JP 7878198A JP 3561626 B2 JP3561626 B2 JP 3561626B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、さらに詳しく言えば、平坦化を目的としてBPSG膜が形成され、ここに形成されたコンタクトホールに良好にTi/TiN/W(またはAl)を形成する構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下、従来の半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
先ず、図5において、半導体基板1上の絶縁膜2に、形成予定のコンタクトホール3に対応する領域が開口されたホトレジスト膜を介して、異方性エッチングにより前記絶縁膜2にコンタクトホール3を形成する。尚、前記コンタクトホール3は、半導体基板1表面に形成した拡散領域を露出するものである。
【0003】
ここでコンタクトホール3は、4個形成されているが、これに対応する図面は、図8に示され、トランジスタの拡散領域4は、2点鎖線で示され、一点鎖線で示すゲート6の両側に4個のコンタクトホール3…が形成されている。
続いて図5や図8に示すように、コンタクト抵抗の低減を目的としてある不純物(例えばボロン、リン、ヒ素等が拡散領域4にマスク5を介してイオン注入される。
【0004】
続いて、図6に示すようにコンタクトホール3を含む全面にTi膜7、TiN膜8を順次スパッタ法により形成して成るバリアメタル膜を形成し、続いて図7に示すように、タングステンプラグを形成するために、W膜(またはアルミニウム膜)9を形成していた。
これは近年、半導体集積回路の高集積化と多層配線化が進展するに伴って、コンタクトホールのアスペクト比が増大する傾向にあり、このため、コンタクトホールにおける金属配線膜のステップカバレージが悪化し、断線等を引き起こすおそれがあるため、上記問題を解消する技術としてコンタクトホール内に前記バリアメタル膜を介してタングステン膜等から成るコンタクトプラグを埋設して、該コンタクトプラグ上に配線を形成している。
【0005】
つまりコンタクトホール3を含む全面にTi膜7及びTiN膜8を順次スパッタ法により形成して成るバリアメタル膜を介してW膜9をCVD法により形成し、該W膜をエッチバックすることで、コンタクトホール3内にタングステンプラグを埋め込み、タングステンプラグ上にアルミニウム膜等から成る配線膜を形成していた。
【0006】
これらの技術は、例えば特開昭63−133648号公報等に述べられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図7に於いて、絶縁膜2は、最下層にゲート絶縁膜が形成され、その上層には、TEOS膜、グラス膜等が何層か積層され、最後には、表面を平坦化するためにBPSG膜10が形成されている。また図5のコンタクトホール3に不純物をイオン注入する際、コンタクトホール3の微細化に伴い、図8に示すように複数のコンタクトをまとめてレジストマスク5で囲み、一度にイオン注入していた。例えばここでは、一つのトランジスタのコンタクト、つまり八個のコンタクトホールをレジストマスク5で囲んで一度にイオン注入していた。
【0008】
図7に於いて、×印で示したものがイオン注入された不純物であり、レジストマスク5で囲まれた領域のBPSG膜10にも当然イオン注入される。
しかしこのイオン注入後には必ず不純物を拡散するために例えば700〜800度程度のアニール工程を伴う。この時、BPSG膜は、不純物が更に濃くなって導入されている部分(×印の領域)と、これよりも低濃度のBPSG膜(×印の付されていない領域)に分かれ、前記熱処理により、コンタクトが歪んでしまう問題があった。
【0009】
特に、図7に於いては、×印が付されているBPSG膜は、イオン注入されていることで変質し、本来の伸縮性が弱まり、×印が付されていない伸縮性を有するBPSG膜の動きに対応できないと考えられる。特に×印の所は、熱により伸びはするが、縮みにくい硬い膜と成っていると考えられる。その結果、多くのコンタクトが並んだ場合、両端のコンタクトが傾くのではないかと考えられる。
【0010】
すると符号13に示すようにひさしが形成され、TiがTiN8から露出し、いわゆるボルケーノと称するWとの過激反応部分14が発生し、コンタクト不良が発生する問題があった。
ここで図8を参照すれば、マスク5の開口部は、横長であり、縦側辺(右側辺15と左側辺16)と横側辺(上下の側辺)で歪みの加わり具合が変わり、特に右側辺15や左側辺16の近傍に位置するコンタクトが前述の理由により外側へ傾くと考えられる。
【0011】
またAlの場合でも、ここのひさしの部分でステップカバレージが悪化し、抵抗値の上昇、断線等が発生する問題があった。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題に鑑みて成され、第1および第2に共に、BPSG膜の表面に、拡散領域のコンタクト抵抗を下げるために注入される不純物が前記BPSG膜に注入されないような不純物注入阻止膜を設けることで解決するものである。
【0013】
第3に、不純物注入阻止膜を、BPSG膜よりもエッチングレートの速いSiO2膜またはTEOS膜で構成することで解決するものである。
第4に、コンタクトホールを囲むレジストマスクを、一方向に長く形成することで解決するものである。
特にBPSG膜は、不純物の濃度差により、アニール時にコンタクトホールに歪みが加わる。そのため、直接不純物が注入されないように、不純物注入阻止膜となる絶縁膜を設ければ、BPSG膜の全域は、不純物が注入されないためアニール時の歪みのバランスが取れ、コンタクトの変形を防止できる。
【0014】
また前記不純物注入阻止膜をBPSG膜よりもエッチングレートの速いSiO2膜またはTEOS膜とすれば、コンタクトホール内の自然酸化膜のエッチング時、または別途設けられたエッチング工程により、開口部表面を先にエッチングするため若干のテーパーが形成され、更にひさしの形成防止となる。
またレジストマスクが設けられているので、不純物の導入されるレジストマスク形状がアンバランスな形状であっても、コンタクトホールの変形が抑止できる。従って、今後益々コンタクトホールのサイズが小さくなり、個々のコンタクトホールにレジストマスクを合わせることがが難しくなっても、ある一群のコンタクトホールでまとめてイオン注入できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置及びその製造方法に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、図1において、一導電型の半導体基板21には、例えば図8で示すようなトランジスタのソース領域、ドレイン領域等の拡散領域22が形成され、この上には、実質Siの酸化膜で成る絶縁膜23としてゲート絶縁膜…、TEOS膜やグラス膜が何層か積層され、最後にはBPSG膜24およびTEOS膜25が積層されている。また必要によりBPSG膜24の下層には、NSG膜(ノンドープのグラス膜)が積層されている。
【0016】
このBPSG膜24は、Pが約3〜4wt%、Bが約4〜5wt%の条件で混入されたSiグラス膜であり、基板表面の平坦化を主目的とし、約6000〜10000Å程度形成されている。また必要によっては、BPSG膜のエッチバックが行われ、成膜後にはN2雰囲気、700〜900度程度で約30分間アニールされる。(ただし材料によってはアニールを必要としないものもある。)またNSG膜は、不純物のストッパーとして働き、約2000Å程度形成される。
【0017】
続いて、(図示していない)ホトレジストが形成され、形成予定のコンタクトホール26に対応する開口部を介してコンタクトホール26が形成される。ここのエッチングは、異方性のプラズマエッチングで実現され、ガスは主にCHF3+CF4+Arである。
更に図8でも説明したように、コンタクトホール26…の一群を囲むマスク(ここではホトレジスト)27を介して前記拡散領域22にイオン注入する。不純物はここでは、BFイオンで、約40KeVの加速電圧、3×1015/cm2のドーズ量の条件である。
【0018】
続いて、レジスト27の除去後、この不純物の拡散を目的として、750度、N2雰囲気で約30分アニールを行い、この時生じるコンタクトホール26の自然酸化膜を取り除くために、フッ酸とフッ化アンモニウムの入った水溶液を用いてウェットエッチングする。
ここで本発明の特徴は、BPSG膜の上に形成された不純物注入阻止膜25である。
【0019】
特にBPSG膜は、不純物の濃度差により、前記アニール時にコンタクトホールに歪みが加わる。そのため、不純物が注入されないように、マスクとなる膜を設ければ、BPSG膜全域は、不純物が注入されない。従ってアニール時のBPSG膜の歪みのアンバランスが全域に渡り取れ、コンタクトの変形を防止できる。
【0020】
またBPSG膜よりもエッチングレートの速いSiO2膜またはTEOS膜とすれば、コンタクトホール内に露出する自然酸化膜のエッチング時、開口部表面の不純物注入阻止膜が先にエッチングされるため若干のテーパーが形成され、ひさしの形成防止となる。
また不純物の導入されるレジストマスク形状が図8のようなアンバランスな形状であっても、不純物注入阻止膜25が設けて有るために、BPSG膜の変質を防止でき、コンタクトホールの変形を抑止できる。従って、今後益々コンタクトホールのサイズが小さくなり、個々のコンタクトホールにマスクを合わせることがが難しくなっても、ある一群のコンタクトホールでまとめてイオン注入できる。
【0021】
続いて、図2に示すようにコンタクトホール26を含む全面にTi膜28、TiN膜29を順次スパッタ法により形成して成るバリアメタル膜を形成し、続いて図3に示すように、W膜またはアルミニウム膜から成る配線膜30を形成する。
ここでコンタクトホール内に前記バリアメタル膜を介してW膜から成るコンタクトプラグを埋設して、該コンタクトプラグ上に配線を形成する場合、図4に示すように、W膜30をCVD法により形成した後、該W膜をエッチバックすることで、コンタクトホール26内にタングステンプラグ31を埋め込み、タングステンプラグ31上にアルミニウム膜等から成る配線膜32を形成する。
【0022】
以上に述べたように、BPSG膜24の上に不純物注入阻止膜25を設ければ、イオン注入用の不純物は、不純物注入阻止膜によりBPSG膜に導入されることがないため、BPSG膜全体が熱処理による歪みを無くせ、従来の課題で説明したようなひさしの形成を防止できる。
従って、二層から成るバリアメタル膜は、均一に積層でき、TiがTiNから露出することが無くなり、ボルケーノを無くすことができる。
【0023】
また前述したように、BPSG膜よりもエッチングレートの速いSiO2膜またはTEOS膜とすれば、コンタクトホール底部の自然酸化膜のエッチング時、開口部表面が先にエッチングされるため若干のテーパーが形成され、ひさしの形成防止となり、より以上ボルケーノを抑止できる。
一方、不純物注入阻止膜25について、若干の説明をする。例えばTEOS膜で説明すれば、イオン注入されているTEOS膜の極表面の部分と、イオン注入されていない下層のTEOS膜では膜質に変化がある。
【0024】
つまりイオン注入されたTEOS膜の表面は、硬質となり、それ以外の下層のTEOS膜よりもウェットエッチングレートが遅くなる。
図1のコンタクトホールのエッチングでは、異方性ドライエッチングが採用されるので、実質TEOS膜28も含めた絶縁膜23は、殆ど垂直に切れる。
しかしアニール工程で発生するコンタクトホール底部の自然酸化膜を除去する工程では、前述したエッチャント(フッ酸+フッ化アンモニウム)を使用するため、TEOS膜表面がエッチングされにくく、その下のTEOS膜がエッチングされ易い傾向を有する。その結果、TEOS膜の表面にひさしが若干形成されることになる。
【0025】
そのため、本発明では、この自然酸化膜のエッチング時、またはこのエッチング工程の前に、TEOS膜をウェットエッチングする工程を採用するので、TEOS膜のひさしを除去でき、ここに発生する段差をなだらかにできる。
また、図9及び図10で、フローティングゲートを有する不揮発性半導体記憶装置に適用した実施形態について説明する。
【0026】
図9において、P型のシリコン半導体基板41の表層にはソース領域42及びドレイン領域43が相互に離隔して形成されている。また、ソース領域42の両側には絶縁膜44を介して導電化されたポリシリコン膜から成るフローティングゲート45が形成されている。また、前記ソース領域42及びドレイン領域43の間には絶縁膜46を介してポリシリコン膜とタングステンシリサイド(WSix)膜から成るコントロールゲート47が形成されている。前記コントロールゲート47のソース領域42側の端部は、前記絶縁膜46を介してフローティングゲート45の上方に配置されている。
【0027】
尚、前記ソース領域42及びコントロールゲート47は、いずれも一方向(紙面に垂直な方向)に延びており、ソース領域42の両側には複数のドレイン領域43及び複数のコントロールゲート47が前記一方向に沿って配列されている。そして、コントロールゲート47は、不揮発性半導体記憶装置のワード線として作用する。
【0028】
前記シリコン基板41上には、これらのフローティングゲート45及びコントロールゲート47を被覆するようにTEOS膜及びBPSG膜から成る層間絶縁膜48が形成されており、該層間絶縁膜48に開口して形成されたコンタクトホール49を介して前記ドレイン領域43にコンタクトしており、当該不揮発性半導体記憶装置のビット線として作用する配線膜が形成されている。
【0029】
ここで、前述した配線膜が形成されるコンタクトホール49は、図9に示すようにフローティングゲート45とコントロールゲート47が積層されて成る不揮発性半導体記憶装置の高段差部に形成されるため、深くなることが避けられず、このようなコンタクトホール49内にバリアメタル膜を介してアルミニウムやW等が積層されて成る配線膜を形成した場合に、そのステップカバレッジが悪化することになる。
【0030】
しかも次の点により更にステップカバレージが悪化する。図9の左側は、前述の通り不揮発性半導体記憶装置のセルであり、右側は、これらメモリセルを駆動する駆動回路の一トランジスタ50である。このトランジスタ50のソース・ドレイン領域には、コンタクト抵抗を下げるために不純物をイオン注入する必要がある。
【0031】
このイオン注入により、従来最上層の絶縁膜は、BPSG膜であったため、イオン注入されないセル領域と、イオン注入される周辺の駆動回路領域では、BPSG膜の特性が微妙に変化する。しかもこの後、イオン注入の不純物を拡散するアニールが入るため、セル領域と周辺の駆動回路郡とで歪みが加わり、ひさしが形成される。
【0032】
つまり、Ti、TiN、Wプラグ、Alの積層では、図7で示したようにひさしによるボルケーノが発生し、Ti、TiN、Alの積層では、Alの断線等が問題となる。
しかし、本発明では、BPSG膜51の上に、イオン注入時の不純物をBPSG膜51へ到達させず、且つBPSG膜よりもエッチングされやすい膜52、ここではTEOS膜やCVDによるSiO2膜を設けている。
【0033】
従って、この不純物注入阻止膜52を設けたため、BPSG膜51自身は、全域に渡り不純物分布が均一となるため、アニール時に発生するひさしを抑制することができる。
この後、アニール工程に於いて、コンタクトホール49のSiの露出部に自然酸化膜が発生するため、フッ酸とフッ化アンモニウム(1:100で通常バッファードフッ酸と呼ばれている。)の水溶液でウェットエッチングを行う。このウェットエッチングでは、積極的に不純物注入阻止膜をBPSG膜よりもエッチングするため、開口部をなだらかな段差とする。そのため、よりバリアメタルの被覆性が向上する。
【0034】
ここで、このエッチャントのフッ酸の量が少ないと、ひさしが取れない場合があるが、この場合、フッ酸の量を増やせば良い。
以上説明したように、Ti、TiN、Wプラグ、Alの積層では、ボルケーノの防止、断線の防止が実現でき、、Ti、TiN、Alの積層では、Alの断線等を防止できる。
【0035】
続いて、図10に示すように前記コンタクトホール49を含む全面にTi膜52及びTiN膜53を順次スパッタ法により形成して成るバリアメタル膜を介してW膜54をCVD法により形成し、W膜をエッチバックすることで、コンタクトホール49内にタングステンプラグを埋め込み、タングステンプラグ上にアルミニウム膜等から成る配線膜55を形成する。
【0036】
尚、本実施の形態では、いわゆるスプリットゲート型の不揮発性半導体記憶装置に適用した例を示したが、スタックドゲート型の不揮発性記憶装置に適用しても良い。
更に、本発明では、絶縁膜として単層膜や三層以上の多層膜に対しても適用できるものである。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、第1に、BPSG膜の表面に、拡散領域のコンタクト抵抗を下げるために注入される不純物が前記BPSG膜に注入されないように不純物注入阻止膜を設けることで、BPSG膜の不純物分布が均一となり、アニール時に発生するコンタクトのひさしを防止することができる。
【0038】
また不純物注入阻止膜を、BPSG膜よりもエッチングレートの速いSiO2膜またはTEOS膜で構成することで、コンタクトホールの露出部に発生する自然酸化膜のエッチングに於いて、不純物注入阻止膜を若干エッチングでき、なだらかな段差を形成することができる。
しかも不純物注入阻止膜があるため、従来から行っていた、複数のコンタクトホールを一度にまとめてイオン注入する工程、つまりコンタクトホールを囲むレジストマスクを、一方向に長くしても何ら問題が発生しなくなる。
【0039】
その結果、Wを採用する場合には、ボルケーノやステップカバレージの悪化等が防止でき、Alを採用する場合には、ステップカバレージの防止が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図2】本発明の実施形態を説明する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態を説明する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態を説明する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図6】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図7】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図8】コンタクトホールを有する部分の図である。
【図9】本発明の他の実施形態を説明する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図10】本発明の他の実施形態を説明する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a structure in which a BPSG film is formed for the purpose of planarization, and Ti / TiN / W (or Al) is favorably formed in a contact hole formed here. is there.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a conventional semiconductor device and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings.
First, in FIG. 5, a contact hole 3 is formed in the insulating film 2 by anisotropic etching through a photoresist film in which a region corresponding to the contact hole 3 to be formed is opened in the insulating film 2 on the semiconductor substrate 1. Form. The contact hole 3 exposes a diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate 1.
[0003]
Here, four contact holes 3 are formed, and the corresponding drawing is shown in FIG. 8, and the diffusion region 4 of the transistor is shown by a two-dot chain line, and both sides of the gate 6 shown by a one-dot chain line. Are formed with four contact holes 3.
Subsequently, as shown in FIGS. 5 and 8, an impurity (for example, boron, phosphorus, arsenic, or the like) for the purpose of reducing the contact resistance is ion-implanted into the diffusion region 4 through the mask 5.
[0004]
Subsequently, as shown in FIG. 6, a barrier metal film is formed by sequentially forming a Ti film 7 and a TiN film 8 on the entire surface including the contact hole 3 by a sputtering method. Then, as shown in FIG. Was formed, a W film (or aluminum film) 9 was formed.
In recent years, the aspect ratio of a contact hole tends to increase with the progress of high integration and multilayer wiring of a semiconductor integrated circuit, and therefore, step coverage of a metal wiring film in the contact hole deteriorates, As a technique for solving the above-mentioned problem, a contact plug made of a tungsten film or the like is buried in the contact hole via the barrier metal film, and a wiring is formed on the contact plug as a technique for solving the above problem. .
[0005]
That is, a W film 9 is formed by a CVD method via a barrier metal film formed by sequentially forming a Ti film 7 and a TiN film 8 on the entire surface including the contact hole 3 by a sputtering method, and the W film is etched back. A tungsten plug is buried in the contact hole 3, and a wiring film made of an aluminum film or the like is formed on the tungsten plug.
[0006]
These techniques are described in, for example, JP-A-63-133648.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In FIG. 7, a gate insulating film is formed in the lowermost layer of the insulating film 2, and several layers of a TEOS film, a glass film, and the like are stacked thereon, and finally, in order to flatten the surface. A BPSG film 10 is formed. When impurities are ion-implanted into the contact hole 3 of FIG. 5, a plurality of contacts are collectively surrounded by a resist mask 5 and ion-implanted at once as shown in FIG. For example, here, the contacts of one transistor, that is, eight contact holes are surrounded by the resist mask 5 and ion-implanted at one time.
[0008]
In FIG. 7, the ones indicated by the crosses are the impurities that have been ion-implanted, and are naturally also ion-implanted into the BPSG film 10 in the region surrounded by the resist mask 5.
However, after this ion implantation, an annealing step of, for example, about 700 to 800 degrees is required to diffuse impurities. At this time, the BPSG film is divided into a part where the impurity is further concentrated and introduced (region marked with x) and a BPSG film with a lower concentration (region not marked with x), and is subjected to the heat treatment. However, there is a problem that the contact is distorted.
[0009]
In particular, in FIG. 7, the BPSG film marked with a cross is denatured due to the ion implantation, the original stretchability is weakened, and the stretched BPSG film not marked with a cross is marked. It is thought that it cannot cope with the movement of. In particular, it is considered that the portion marked with x is formed of a hard film which expands due to heat but is hard to shrink. As a result, when many contacts are arranged, it is considered that the contacts at both ends may be inclined.
[0010]
Then, an eave is formed as shown by reference numeral 13, Ti is exposed from TiN 8, a radical reaction portion 14 with W, which is called a so-called volcano, occurs, and there is a problem that a contact failure occurs.
Referring to FIG. 8, the opening of the mask 5 is horizontally long, and the degree of distortion changes between the vertical side (the right side 15 and the left side 16) and the horizontal side (the upper and lower sides). In particular, it is considered that the contacts located near the right side 15 and the left side 16 tilt outward for the above-described reason.
[0011]
In addition, even in the case of Al, there is a problem that the step coverage is deteriorated at the eaves portion, and the resistance value is increased, the disconnection is caused, and the like.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and both of the first and second embodiments have an impurity that is implanted on the surface of a BPSG film so as to reduce the contact resistance of a diffusion region, and is not implanted into the BPSG film. The problem is solved by providing an injection blocking film.
[0013]
Third, the problem is solved by forming the impurity injection blocking film from a SiO2 film or a TEOS film having a higher etching rate than the BPSG film.
Fourth, the problem is solved by forming a resist mask surrounding the contact hole to be long in one direction.
Particularly, in the case of the BPSG film, a contact hole is distorted during annealing due to a difference in impurity concentration. Therefore, if an insulating film serving as an impurity injection blocking film is provided so that impurities are not directly injected, the entire region of the BPSG film is not implanted with impurities, so that distortion during annealing can be balanced and deformation of contacts can be prevented.
[0014]
Further, if the impurity implantation preventing film is a SiO2 film or a TEOS film having an etching rate higher than that of the BPSG film, the surface of the opening portion is formed first by etching a natural oxide film in the contact hole or by a separately provided etching process. Due to the etching, a slight taper is formed, which further prevents the formation of the eaves.
Further, since the resist mask is provided, the deformation of the contact hole can be suppressed even if the resist mask into which the impurities are introduced has an unbalanced shape. Therefore, even if the size of the contact hole becomes smaller in the future and it becomes difficult to match the resist mask to each contact hole, ions can be implanted collectively in a certain group of contact holes.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, in FIG. 1, a diffusion region 22 such as a source region and a drain region of a transistor as shown in FIG. 8, for example, is formed on a semiconductor substrate 21 of one conductivity type, and a substantially silicon oxide film is formed thereon. As the insulating film 23, a gate insulating film, a TEOS film and a glass film are laminated in several layers, and finally, a BPSG film 24 and a TEOS film 25 are laminated. If necessary, an NSG film (non-doped glass film) is laminated below the BPSG film 24.
[0016]
The BPSG film 24 is a Si glass film in which P is mixed at about 3 to 4 wt% and B is about 4 to 5 wt%. ing. If necessary, the BPSG film is etched back, and after the film formation, it is annealed in an N2 atmosphere at about 700 to 900 degrees for about 30 minutes. (However, some materials do not require annealing.) The NSG film functions as a stopper for impurities and is formed at about 2000 °.
[0017]
Subsequently, a photoresist (not shown) is formed, and the contact hole 26 is formed through an opening corresponding to the contact hole 26 to be formed. The etching here is realized by anisotropic plasma etching, and the gas is mainly CHF3 + CF4 + Ar.
Further, as described in FIG. 8, ions are implanted into the diffusion region 22 through a mask (photoresist in this case) 27 surrounding a group of the contact holes 26. In this case, the impurity is BF ions, and the conditions are an acceleration voltage of about 40 KeV and a dose of 3 × 10 15 / cm 2.
[0018]
Subsequently, after the resist 27 is removed, annealing is performed at 750 ° C. in an N 2 atmosphere for about 30 minutes for the purpose of diffusing the impurities. Wet etching is performed using an aqueous solution containing ammonium.
Here, a feature of the present invention is the impurity injection blocking film 25 formed on the BPSG film.
[0019]
Particularly, in the BPSG film, a strain is applied to the contact hole during the annealing due to a difference in impurity concentration. Therefore, if a film serving as a mask is provided so that the impurity is not implanted, the impurity is not implanted in the entire BPSG film. Therefore, the unbalance of the distortion of the BPSG film at the time of annealing can be removed over the entire region, and the deformation of the contact can be prevented.
[0020]
Further, if a SiO2 film or a TEOS film having an etching rate faster than that of the BPSG film is used, when the natural oxide film exposed in the contact hole is etched, the impurity implantation preventing film on the surface of the opening is etched first, so that a slight taper is formed. Formed, preventing the formation of eaves.
Even if the resist mask into which the impurities are introduced has an unbalanced shape as shown in FIG. 8, since the impurity injection blocking film 25 is provided, the BPSG film can be prevented from being deteriorated, and the deformation of the contact hole can be suppressed. it can. Therefore, even if the size of the contact holes becomes smaller in the future and it becomes difficult to align a mask with each contact hole, it is possible to implant ions collectively in a certain group of contact holes.
[0021]
Subsequently, as shown in FIG. 2, a barrier metal film is formed on the entire surface including the contact hole 26 by sequentially forming a Ti film 28 and a TiN film 29 by a sputtering method. Subsequently, as shown in FIG. Alternatively, a wiring film 30 made of an aluminum film is formed.
Here, when a contact plug made of a W film is buried in the contact hole via the barrier metal film and a wiring is formed on the contact plug, a W film 30 is formed by a CVD method as shown in FIG. Then, the tungsten film 31 is buried in the contact hole 26 by etching back the W film, and a wiring film 32 made of an aluminum film or the like is formed on the tungsten plug 31.
[0022]
As described above, if the impurity implantation blocking film 25 is provided on the BPSG film 24, the impurity for ion implantation is not introduced into the BPSG film by the impurity implantation blocking film. The distortion due to the heat treatment can be eliminated, and the formation of the eave as described in the conventional problem can be prevented.
Therefore, the barrier metal film composed of two layers can be uniformly laminated, Ti is not exposed from TiN, and volcano can be eliminated.
[0023]
In addition, as described above, when the SiO2 film or the TEOS film having an etching rate higher than that of the BPSG film is used, when the natural oxide film at the bottom of the contact hole is etched, the surface of the opening is etched first, so that a slight taper is formed. Thus, the formation of eaves can be prevented, and the volcano can be further suppressed.
On the other hand, the impurity injection blocking film 25 will be described briefly. For example, in the case of a TEOS film, there is a change in the film quality between the very surface portion of the ion-implanted TEOS film and the lower TEOS film not ion-implanted.
[0024]
That is, the surface of the ion-implanted TEOS film becomes hard, and the wet etching rate is lower than that of the other lower TEOS films.
Since anisotropic dry etching is employed in the etching of the contact hole in FIG. 1, the insulating film 23 including the substantial TEOS film 28 is cut almost vertically.
However, in the step of removing the natural oxide film at the bottom of the contact hole generated in the annealing step, since the above-described etchant (hydrofluoric acid + ammonium fluoride) is used, the TEOS film surface is hardly etched, and the TEOS film thereunder is etched. Have a tendency to be caught. As a result, some eaves are formed on the surface of the TEOS film.
[0025]
Therefore, in the present invention, the step of wet-etching the TEOS film is employed at the time of etching this natural oxide film or before this etching step, so that the eaves of the TEOS film can be removed, and the step generated here can be made smooth. it can.
An embodiment applied to a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate will be described with reference to FIGS.
[0026]
In FIG. 9, a source region 42 and a drain region 43 are formed on a surface layer of a P-type silicon semiconductor substrate 41 so as to be separated from each other. On both sides of the source region 42, floating gates 45 made of a polysilicon film made conductive via an insulating film 44 are formed. A control gate 47 made of a polysilicon film and a tungsten silicide (WSix) film is formed between the source region 42 and the drain region 43 with an insulating film 46 interposed therebetween. The end of the control gate 47 on the source region 42 side is disposed above the floating gate 45 with the insulating film 46 interposed therebetween.
[0027]
The source region 42 and the control gate 47 both extend in one direction (perpendicular to the plane of the paper), and a plurality of drain regions 43 and a plurality of control gates 47 are provided on both sides of the source region 42 in the one direction. Are arranged along. Then, the control gate 47 functions as a word line of the nonvolatile semiconductor memory device.
[0028]
On the silicon substrate 41, an interlayer insulating film 48 made of a TEOS film and a BPSG film is formed so as to cover the floating gate 45 and the control gate 47. A wiring film which is in contact with the drain region 43 through the contact hole 49 and functions as a bit line of the nonvolatile semiconductor memory device is formed.
[0029]
Here, the contact hole 49 in which the above-described wiring film is formed is formed in a high step portion of the nonvolatile semiconductor memory device in which the floating gate 45 and the control gate 47 are stacked as shown in FIG. Inevitably, when a wiring film formed by laminating aluminum, W, or the like in such a contact hole 49 via a barrier metal film is formed, the step coverage is deteriorated.
[0030]
In addition, step coverage is further deteriorated by the following points. The left side of FIG. 9 shows the cells of the nonvolatile semiconductor memory device as described above, and the right side shows one transistor 50 of a driving circuit for driving these memory cells. Impurities need to be implanted into the source / drain regions of the transistor 50 in order to reduce the contact resistance.
[0031]
By this ion implantation, since the uppermost insulating film has conventionally been a BPSG film, the characteristics of the BPSG film slightly change in the cell region where the ion implantation is not performed and the driving circuit region around the ion implantation. Further, after that, annealing for diffusing impurities of ion implantation is performed, so that distortion is applied between the cell region and the surrounding driving circuit group, and an eave is formed.
[0032]
In other words, in the stack of Ti, TiN, W plug, and Al, a volcano is generated by the eaves as shown in FIG. 7, and in the stack of Ti, TiN, and Al, there is a problem such as disconnection of Al.
However, in the present invention, a film 52 that does not allow impurities during ion implantation to reach the BPSG film 51 and is more easily etched than the BPSG film, here, a TEOS film or a SiO 2 film by CVD is provided on the BPSG film 51. I have.
[0033]
Therefore, since the impurity injection blocking film 52 is provided, the BPSG film 51 itself has a uniform impurity distribution over the entire region, and thus can suppress the eaves generated during annealing.
Thereafter, in the annealing step, a natural oxide film is formed on the exposed portion of the Si in the contact hole 49, so that hydrofluoric acid and ammonium fluoride (1: 100 is usually called buffered hydrofluoric acid) are used. Perform wet etching with an aqueous solution. In this wet etching, the opening is formed as a gentle step because the impurity injection blocking film is more positively etched than the BPSG film. Therefore, the coverage of the barrier metal is further improved.
[0034]
Here, if the amount of hydrofluoric acid in this etchant is small, the eaves may not be removed, but in this case, the amount of hydrofluoric acid may be increased.
As described above, the stacking of Ti, TiN, W plugs, and Al can prevent volcano and disconnection, and the stacking of Ti, TiN, and Al can prevent Al disconnection and the like.
[0035]
Subsequently, as shown in FIG. 10, a W film 54 is formed by a CVD method via a barrier metal film formed by sequentially forming a Ti film 52 and a TiN film 53 on the entire surface including the contact hole 49 by a sputtering method. By etching back the film, a tungsten plug is embedded in the contact hole 49, and a wiring film 55 made of an aluminum film or the like is formed on the tungsten plug.
[0036]
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a so-called split gate nonvolatile semiconductor memory device is described, but the present invention may be applied to a stacked gate nonvolatile memory device.
Further, the present invention can be applied to a single-layer film or a multilayer film having three or more layers as an insulating film.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, first, an impurity injection blocking film is provided on the surface of the BPSG film so that an impurity injected to lower the contact resistance of the diffusion region is not injected into the BPSG film. The impurity distribution becomes uniform, and the eaves of the contact generated at the time of annealing can be prevented.
[0038]
Further, by forming the impurity implantation preventing film from a SiO2 film or a TEOS film having a higher etching rate than the BPSG film, the impurity implantation inhibiting film is slightly etched in the etching of the natural oxide film generated in the exposed portion of the contact hole. As a result, a gentle step can be formed.
In addition, since there is an impurity injection blocking film, there is no problem if the conventional process of ion-implanting a plurality of contact holes at once, that is, the resist mask surrounding the contact holes is lengthened in one direction. Disappears.
[0039]
As a result, when W is adopted, the deterioration of volcano and step coverage can be prevented, and when Al is adopted, the step coverage can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 8 is a view of a portion having a contact hole.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

Claims (4)

半導体基板における拡散領域上の絶縁膜上に形成され、一領域に列をなして複数配置されたコンタクトホールであり、前記コンタクトホール内の表面および前記半導体基板の表面に、Ti、TiNが順に形成され、この上にWまたはAlが埋め込まれて成る半導体装置において、
前記コンタクトホールの前記基板表面には不純物が注入され、前記絶縁膜は、下層がBPSG膜でありその上層に前記BPSG膜よりエッチングレートが速く、前記BPSG膜に対する前記不純物の注入を防止するTEOS膜を積層してなることを特徴とする半導体装置。
A plurality of contact holes formed on an insulating film on a diffusion region in the semiconductor substrate and arranged in a row in one region; Ti and TiN are sequentially formed on a surface in the contact hole and a surface of the semiconductor substrate; In a semiconductor device having W or Al embedded thereon,
The impurities are implanted into the substrate surface of the contact hole, said insulating layer, lower layer rather is faster etching rate than the BPSG film is thereon a BPSG film, TEOS for preventing injection of the impurities relative to the BPSG film A semiconductor device characterized by stacking films.
半導体基板上に形成される絶縁膜と、この上に形成され前記絶縁膜よりもエッチングレートの速い不純物注入阻止膜を少なくとも有し、前記不純物注入阻止膜および前記絶縁膜とを開口して前記半導体基板を露出し、一領域に列をなして複数形成されたコンタクトホールとを有した半導体装置であり、An insulating film formed on a semiconductor substrate, and at least an impurity injection blocking film formed thereon and having an etching rate higher than that of the insulating film, wherein the semiconductor substrate is formed by opening the impurity injection blocking film and the insulating film; A semiconductor device having a plurality of contact holes exposing the substrate and forming a row in one region,
前記一領域における複数のコンタクトホールに露出する前記半導体基板と前記不純物注入阻止膜には不純物が注入されており、前記コンタクトホールには、該コンタクトホールの表面に形成したTiおよびTiNを介してWまたはAlが埋め込まれたことを特徴とする半導体装置。  Impurities are implanted into the semiconductor substrate and the impurity implantation blocking film exposed to the plurality of contact holes in the one region, and the contact holes are filled with W through Ti and TiN formed on the surface of the contact holes. Alternatively, a semiconductor device having Al embedded therein.
前記不純物は、少なくとも前記一領域の複数のコンタクトホールを含む一方向に長い領域に注入されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity is implanted into a region that is long in one direction and includes a plurality of contact holes in the one region. 拡散領域を有した半導体基板表面に第1の絶縁膜を形成して平坦化し、前記第1の絶縁膜上に該第1の絶縁膜よりもエッチングレートの速い第2の絶縁膜を形成する工程と、Forming a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate having a diffusion region and planarizing the first insulating film; and forming a second insulating film having a higher etching rate than the first insulating film on the first insulating film. When,
前記第1および第2の絶縁膜に列をなした複数のコンタクトホールを形成し、前記第2の絶縁膜上に、前記複数のコンタクトホールが配置される一領域を露出するレジストマスクを形成する工程と、  A plurality of contact holes arranged in rows are formed in the first and second insulating films, and a resist mask exposing a region where the plurality of contact holes are arranged is formed on the second insulating film. Process and
前記一領域に露出する前記コンタクトホールおよび該コンタクトホール周囲の前記第2の絶縁膜に不純物を注入する工程と、  Implanting impurities into the contact hole exposed in the one region and the second insulating film around the contact hole;
熱処理により前記不純物を拡散し、前記コンタクトホールおよび前記第2の絶縁膜上に形成された自然酸化膜をウェットエッチングにより除去する工程と、  Diffusing the impurities by heat treatment, and removing a natural oxide film formed on the contact holes and the second insulating film by wet etching;
前記コンタクトホールを含む全面にTiおよびTiNを順次積層し、前記コンタクトホールにWまたはAlを埋設する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。  A step of sequentially laminating Ti and TiN on the entire surface including the contact hole and embedding W or Al in the contact hole.
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