JP3565993B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層配線構造を有する半導体装置は下層の配線と上層の配線とを接続するために、下層の配線上に形成された層間絶縁膜にコンタクトホールを開孔し、このコンタクトホールに上層の配線を形成している。
【０００３】
従来から、コンタクトホールにおける上層の配線の段差被覆性を改善するために、コンタクトホールの段差部をテーパー状にすることが要求されている。特開昭５０−１２３２７４号には、熱酸化法とＣＶＤ法により珪素膜を層間絶縁膜として形成することにより、層間絶縁膜を２層構造にして、形成方法の違いによるエッチング速度の差を利用して、コンタクトホールをテーパー状にする方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例のように、熱酸化法で層間絶縁膜を成膜する際には、５００℃以上で加熱することになる。しかしながら、薄膜トランジスタのような半導体装置において、層間絶縁膜の下層の配線、所謂ゲイト電極はアルミニウムで形成されており、アルミニウムは４５０℃以上で加熱すると周囲に拡散してしまう。拡散したアルミニウムがゲイト電極の下層のゲイト絶縁膜を通過して、更に下層の半導体層に侵入してしまうと、動作不良やショートの原因となる。このため、アルミニウムで下層の配線を作製する半導体装置においては、従来例のように熱酸化法を採用することができないため、ＣＶＤ法のみにより層間絶縁膜を形成して、単層構造としている。
【０００５】
単層構造の層間絶縁膜にコンタクトホールをテーパー状に開孔するためには、エッチング時間等のエッチング条件を厳密に制御しなければならない。例えば、エッチング時間が超過してしまうと、コンタクトホールの側面が底面に対して垂直なってしまい、コンタクトホールをテーパー状に形成することができないので、配線が断線するおそれがある。
【０００６】
また、層間絶縁膜のエッチングを完全に行なうために数十秒のオーバーエッチングを行なうのが一般的であるが、これによりソース／ドレイン領域の半導体層と層間絶縁膜との間にくさび型の抉れが形成される問題が生じる。
【０００７】
図４（Ａ）において、４０１は結晶性珪素でなる半導体層、４０２は単層または複数層の酸化珪素膜でなる層間絶縁膜である。この層間絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する際、半導体層４０１と層間絶縁膜４０２との間にゴミ等の突起物が存在すると、そこにエッチング液がしみ込み、くさび型の抉れ４０３が形成されることがある。
【０００８】
この場合、図４（Ｂ）に示す様に配線電極４０４を成膜すると、くさび型の抉れ４０３を被覆することが困難となるため配線が断線するおそれがある。
【０００９】
アクティブマトリックス型の液晶表示装置の画素領域や周辺回路を薄膜トランジスタで構成する場合には、数１００〜数１０００個もの薄膜トランジスタを同時に同一基板上に形成するため、１個の薄膜トランジスタで配線が断線すると、基板全体の不良につながり、歩留りが低下してしまう。
【００１０】
本発明の目的は上述の問題点を解決し、ＣＶＤ法のみにより層間絶縁膜を形成し、一般的なエッチング方法によりコンタクトホールをテーパー状に形成することを可能にする半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、抉れがなく、配線を良好に被覆できるコンタクトホールを形成することで、半導体装置の製造歩留りを向上させることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するために第１の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
金属導電層又は半導体層を形成する工程と、
前記金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜を形成する工程は、成膜条件を段階的又は連続的に変化して、前記絶縁膜のエッチングレートが上層に行くに従って段階的に又は連続的に増加するようにする。
【００１３】
また、第２の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
金属導電層又は半導体層を形成する工程と、
前記金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜は、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するものである。
【００１４】
更に、第３の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
基板表面上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に配線層を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜をエッチングして前記活性層の所望の表面を露出する工程と、
前記活性層の露出された表面と前記配線層とを覆うように第２の絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と
を有する半導体の製造方法において、
前記第２の絶縁膜は、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するものである。
【００１５】
第４の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属により配線層を形成する工程と、
前記配線層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜は、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するものである。
【００１６】
第５の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
金属導電層又は半導体層を形成する工程と、
前記金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の最下層を２００〜５００Åの厚さの窒化珪素膜とするものである。
【００１７】
この窒化珪素膜の成膜は原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４ ）、アンモニア（ＮＨ３ ）、窒素（Ｎ２ ）を用いたプラズマＣＶＤ法によれば良い。また、バッファードフッ酸によるエッチングレートが８００〜１０００Å／分となるような緻密な膜質を有することが望ましい。
【作用】
上述の構成を有する第１の発明に係る半導体装置の製造方法は、金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する際に、成膜条件を段階的又は連続的に変化して、前記絶縁膜のエッチングレートが上層に行くに従って段階的に又は連続的に増加するようにする。この絶縁膜をエッチングすることにより、下層程開孔部が小さくなり、コンタクトホールがテーパー状に形成される。
【００１８】
また、第２の発明に係る半導体装置の製造方法は、
金属導電層又は半導体層を覆う絶縁膜をエッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するようにＣＶＤ法により形成し、この絶縁膜をエッチングすることにより、下層程開孔部が小さくなり、コンタクトホールがテーパー状に形成される。
【００１９】
更に、第３の発明に係る半導体装置の製造方法は、配線層の下層の第１の絶縁膜をエッチングして前記活性層の所望の表面を露出することにより、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するような第２の絶縁膜のみで活性層と配線層とを覆うようにして、同一のエッチング工程で、活性層、配線層それぞれのコンタクトホールをテーパー状に形成する。例えば薄膜トランジスタを作製する場合には、ソース／ドレイン領域、ゲイト電極それぞれのコンタクトホールがテーパー状に形成されることになる。
【００２０】
第４の発明に係る半導体装置の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属により配線層を形成し、この配線層を覆う絶縁膜をエッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するようにＣＶＤ法により形成する。この絶縁膜をエッチングすることにより、下層程開孔部が小さくなり、絶縁膜にはコンタクトホールがテーパー状に形成される。また、ＣＶＤ法を採用することにより、配線層を形成するアルミニウムが拡散したり、アルミニウムの結晶が異常成長することがない温度で、多層構造を有する絶縁膜を形成する。
【００２１】
第５の発明に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜の最下層を２００〜５００Åの厚さの窒化珪素膜とする。この窒化珪素膜はエッチングレートが酸化珪素膜に比べ遅いためコンタクトホールのテーパー化に寄与するだけでなく、コンタクトホール下部にくさび型の抉れが形成されるのを防止する効果を有する。
【００２２】
本明細書に開示する発明において、上記のようにエッチングレートの異なる絶縁膜を形成するために、成膜条件を段階的に又は連続的に変化するようにしている。例えば下層にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を堆積し、その上層に、プラズマＣＶＤ法によりｒｆ出力を段階的に又は連続的に変化しながら、酸化珪素膜を堆積するという方法を採用する。また、他の方法として、下層に窒化珪素膜を堆積せずに、プラズマＣＶＤ法によりｒｆ出力を段階的に又は連続的に変化させながら酸化珪素膜のみを堆積するという方法を採用する。
【００２３】
即ち、エッチングレートの異なる多層構造の絶縁膜を形成するために、窒化珪素と酸化珪素というように組成の違いによりエッチングレートが異なること、またｒｆ出力値が小さいほど酸化珪素膜のエッチングレートが速くなることを利用する。
【００２４】
【実施例】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
〔実施例１〕
図１（Ａ）〜（Ｆ）は第１の実施例の作成工程に沿った半導体装置の断面構成図であり、本実施例はアルミニウムを主成分とするゲイト電極を有する薄膜トランジスタに応用した例である。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０１上に、プラズマＣＶＤ法により、下地膜１０２を３０００Åの厚さに成膜する。この後、下地膜１０２上に、プラズマＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法により非晶質珪素膜を３００〜１０００Åの厚さに成膜する。ここでは５００Åの厚さに成膜する。非晶質珪素膜は薄膜トランジスタの活性層を構成する出発膜である。非晶質珪素膜を結晶化するために、レーザー光を照射する。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを照射して非晶質珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜を作成する。この結晶性珪素膜をエッチングして島状珪素膜１０３を形成する。
【００２７】
この後に、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法により、酸化珪素膜１０４を５００〜１５００Åの厚さに成膜する。更に、電子ビーム蒸着法又はスパッタ法により、アルミニウム膜を２０００〜８０００Åの厚さに成膜する。ここでは、厚さを４０００Åとする。なお、加熱や後述する陽極酸化工程において、アルミニウム膜の結晶の異常成長を抑制するために、予めアルミニウムには０．１〜０．５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）又はイットリウム（Ｙ）が混入されている。
【００２８】
そして、フォトレジストを良好に密着するために、アルミニウム膜の表面に図示しない陽極酸化膜を極薄く、５０〜２００Åの厚さに形成した後に、フォトレジストを塗布する。公知のリソグラフィー法によりフォトレジストのマスク１０５を形成し、このフォトレジストのマスク１０５を用いて、アルミニウム膜をエッチングしてゲイト電極１０６を形成する。一般に、ゲイト電極１０６は第１の配線層と呼ばれている。上記の工程を経て、図１（Ａ）に示す状態を得る。
【００２９】
図１（Ｂ）示すようにゲイト電極１０６の表面にフォトレジストのマスク１０５を残した状態で、電解液中でゲイト電極１０６を陽極にして電圧を印加することにより、ゲイト電極１０６の側面のみに多孔質陽極酸化物１０７を形成する。本実施例では、シュウ酸溶液中で温度３０℃で１０Ｖの電圧を印加する。なお、多孔質陽極酸化物１０７の厚さは電圧を印加する時間により制御できる。
【００３０】
図１（Ｃ）に示すようにフォトレジストのマスク１０５を剥離した後に、再び電解溶液中でゲイト電極１０６に電圧を印加することにより、ゲイト電極１０６の表面及び側面に緻密な陽極酸化物１０８が形成される。この緻密な陽極酸化物１０８の厚さは印加電圧値に略比例するため、必要とする厚さの緻密な陽極酸化物１０８が得られるように電圧を制御すればよい。印加電圧が１５０Ｖのときに２０００Åの緻密な陽極酸化物１０８が形成される。本実施例では、３〜１０％の酒石酸、硼酸、硝酸を含有するエチレングリコール溶液中で、電圧を１２０Ｖ印加して、厚さ１５００Åの緻密な陽極酸化物１０８を形成する。
【００３１】
ドライエッチング法により酸化珪素膜１０４をエッチングする。この場合には、陽極酸化物１０７、１０８はエッチングされずに、マスクの作用をして、酸化珪素膜１０４がエッチングされて、図１（Ｄ）に示すようにゲイト絶縁膜１０９が形成される。
【００３２】
そして、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて、多孔質陽極酸化物１０７をエッチングする。この際には、多孔質陽極酸化物１０７のみがエッチングされ、緻密な陽極酸化物１０８、ゲイト絶縁膜１０９はそのまま残存する。なお、多孔質陽極酸化物１０７のエッチングレートは約６００Å／分である。
【００３３】
次に、図１（Ｅ）に示すようにイオンドーピング法により、ゲイト電極１０６、緻密な陽極酸化物１０８、ゲイト絶縁膜１０９をそれぞれマスクにして島状珪素膜１０３に不純物イオンを注入する。ここでは、Ｎ型の伝導性を付与する燐イオンを注入する。
【００３４】
ドーピングガスとして水素希釈フォスフィン（例えば、５％ＰＨ３ −９５％Ｈ２ ）を用いて、加速電圧を１０〜３０ｋＶとし、ドーズ量を１×１０１４〜８×１０１５原子／ｃｍとするとよい。本実施例では、加速電圧を１０ｋＶとし、ドーズ量を５×１０１４原子／ｃｍ２ とする。
【００３５】
この結果、島状珪素膜１０３において、ゲイト絶縁膜１０９が上層に無い層は不純物イオンが高濃度に注入されて、ソース領域１１０、ドレイン領域１１１がそれぞれ形成され、ゲイト絶縁膜１０９が上層に有る層には、ゲイト絶縁膜１０９を透過した不純物イオンのみが注入されて、低濃度不純物領域１１２、１１３が形成され、ゲイト電極１０６の下層の層には不純物イオンが実質的に注入されずに、チャネル領域１１４が形成される。即ち、緻密な陽極酸化物１０８、ゲイト絶縁膜１０９がマスクの作用をして、ソース領域１１０、ドレイン領域１１１、低濃度不純物領域１１２、１１３、チャネル領域１１４がそれぞれ自己整合的に形成される。
【００３６】
なお、ソース／ドレイン領域１１０、１１１と低濃度不純物領域１１２、１１３との不純物イオンの濃度の差はゲイト絶縁膜１０９の厚さにより決定され、低濃度不純物領域１１２、１１３の方が通常０．５〜３桁程度小さくなるようにしている。また、低濃度不純物領域１１２、１１３の長さはゲイト絶縁膜１０９が緻密な陽極酸化物１０８の側面から突出している長さｙで決定される。この長さｙは図１（Ｂ）に示すように多孔質陽極酸化物１０７の厚さで自己整合的に決定されている。
【００３７】
そして、レーザー光を照射して、注入された不純物イオンを活性化すると共に、不純物イオンの注入により損傷を受けたソース／ドレイン領域１１０、１１１及び低濃度不純物領域１１２、１１３をそれぞれアニールする。
【００３８】
次に、プラズマＣＶＤ法を採用して、多層構造の層間絶縁物を形成する。この際に、最下層にエッチング速度が最も遅い膜を堆積し、上層に行くに従ってエッチング速度が速い膜を堆積して、最上層にエッチング速度の最も速い膜を堆積している。本実施例では３層構造の層間絶縁物を形成する。このような層間絶縁物をエッチングすることにより、テーパー状のコンタクトホールを得ることができる。
【００３９】
図２はゲイト電極１０６のコンタクトホールを拡大した断面構成図であり、ソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールは緻密な陽極酸化物１０８が無いものに相当する。
【００４０】
先ず、層間絶縁物１１５の１層目には、プラズマＣＶＤ法より窒化珪素膜１１５ａを厚さ５００Åに成膜する。２層目、３層目には、窒化珪素膜よりもエッチング速度が速い酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳガスを原料にして成膜する。この際に、成膜時のｒｆ出力値が小さいほど酸化珪素膜のエッチング速度が速くなることを利用して、２層目と３層目とのエッチングレートを異なるようにしている。本実施例では、２層目の酸化珪素膜１１５ｂをｒｆ出力を３００Ｗで、厚さ５０００Åに成膜し、３層目の酸化珪素膜１１５ｃをｒｆ出力を５０Ｗで、厚さ１０００Åに成膜する。これにより層間絶縁物１１５は６５００Åの厚さに形成されることになる。
【００４１】
この多層構造の層間絶縁物１１５、及び緻密な陽極酸化物１０８をエッチングして，コンタクトホールを形成して、電極・配線を形成する。
【００４２】
コンタクトホールを形成する場合には、先ず層間絶縁物１１５をエッチングする。エッチング液は窒化珪素膜及び酸化珪素膜をエッチングできるものであればよく、本実施例では、広く用いられているバッファードフッ酸（ＢＨＦ）（ＮＨ３ Ｆ：ＨＦ＝１０：１）を使用する。この場合のエッチングレートは温度２０℃下で、１層目の窒化珪素膜１１５ａは約７５０Å／ｍｉｎであり、２層目の酸化珪素膜１１５ｂは約２７００Å／ｍｉｎであり、３層目の酸化珪素膜１１５ｃは約４２７０Å／ｍｉｎである。このようにエッチングレートに差があるために、下層ほど開孔部が徐々に小さくなるので、図２に示すように層間絶縁物１１５がテーパー状にエッチングされる。これにより、ソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールが形成される。
【００４３】
他方、ゲイト電極１０６側のコンタクトホールにおいて、緻密な陽極酸化物１０８はエッチングストッパーとして機能している。
【００４４】
なお、層間絶縁膜１１５のエッチング時間は膜１１５ａ〜１１５ｃそれぞれの膜厚と上記のエッチングレートとの関係から算出すればよいが、層間絶縁物１１５を完全に除去するために、実際のエッチング時間は理論上のエッチング時間よりも６０秒程度長くしている。層間絶縁物１１５をエッチング終了後に、緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする。
【００４５】
緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする場合には、エッチング液は酸化アルミニウムをエッチングする際に一般的に使用されているものを使用する。本実施例では、３％燐酸と３％無水クロム酸との混酸を７０℃に加熱して、４分間エッチングする。上層の層間絶縁物１１５がテーパー状にエッチングされているために、緻密な陽極酸化物１０８は抉れずに、テーパー状にエッチングされ、図２に示すようにゲイト電極１０６のコンタクトホールがテーパー状に形成される。なお、緻密な陽極酸化物１０８のエッチングレートは約４００Å／ｍｉｎである。
【００４６】
更に、１００分の１に希釈したフッ酸を用いて６０秒程度エッチングする。このエッチングはクロム混酸を用いてエッチングしたことにより、ゲイト電極１０６の表面に生成した不動態層と呼ばれる高抵抗領域を除去するために行うものである。この後に、第２の配線層と呼ばれる金属配線層を連続成膜法により形成する。
【００４７】
スパッタ法により、先ずチタン膜を１５００Åの厚さに成膜して、引き続いてアルミニウム膜を５０００Åの厚さに成膜して、パターニングして、ゲイト電極・配線１１６、ソース／ドレイン電極１１７、１１８をそれぞれ形成する。更に、２００〜４００℃で水素アニールする。以上の工程を経て、図１（Ｆ）に示す薄膜トランジスタを得る。
【００４８】
本実施例は、層間絶縁物１１５を形成する際に、窒化珪素膜１１５ａと酸化珪素膜１１５ｂ、１１５ｃという組成の違う膜を堆積して、かつｒｆ出力を変化させて酸化珪素膜１１５ｂ、１１５ｃを成膜して、エッチングレートの異なる多層構造の層間絶縁物１１５を形成するようにしたため、一般的に広く採用されているエッチング方法により、テーパー状のコンタクトホールを形成することができる。このため、コンタクトホールの段差部でゲイト電極・配線１１６、ソース／ドレイン電極１１７、１１８がその部分だけ薄くなって、断線するようなことが無い。
【００４９】
本実施例では、ゲイト電極１０６の周囲に緻密な陽極酸化物１０８を形成したため、ゲイト電極１０６のコンタクトホールを形成するために、エッチング工程を２回行うことになるが、絶縁基板上に形成される薄膜トランジスタの作成工程においては、緻密な陽極酸化物１０８を形成することにより、低濃度不純物領域１１２、１１３を自己整合的に形成できるという利点が生ずると共に、加熱工程の際にゲイト電極１０６を保護できるという利点も生ずる。
【００５０】
他方、珪素基板上に作成される半導体集積回路においては、広く知られているようにゲイト電極１０６の側面に絶縁膜、所謂サイドウォールを形成し、表面を露出した状態でゲイト電極１０６を層間絶縁物１１５で覆うようにすれば、１回のエッチング工程でコンタクトホールを形成できる。
【００５１】
本実施例では、層間絶縁物１１５を３層構造としたが、層数はこれに限るものではなく、２層以上であればよい。好ましくは、３層以上とするとよい。例えば層間絶縁物１１５を４層構造とする場合には、プラズマＣＶＤ法より、１層目は窒化珪素膜１１５ａで厚さ５００Åに成膜し、２〜４層目はプラズマＣＶＤ法より、ＴＥＯＳを原料にして、層毎にｒｆ出力を異ならせて酸化珪素膜１１５ｂを成膜する。この場合のｒｆ出力は、例えば２層目は３００Ｗとし、３層目は１５０Ｗとし、４層目は５０Ｗとすればよい。
【００５２】
また、本実施例は、層間絶縁物１１５を形成する際に、酸化珪素膜１１５ｂ、酸化珪素膜１１５ｃの成膜時のｒｆ出力を段階的に減少して、エッチングレートが層毎に異なるようにしたが、２層目以降を成膜する際に、ｒｆ出力を連続的に減少して、酸化珪素膜のエッチングレートが上層に行くに従って連続的に増加するようにすることも可能である。
【００５３】
本実施例では、層間絶縁物１１５のエッチングレートを変化するために、ｒｆ出力を変化するように説明したが、例えば成膜時に、原料ガスの種類、原料ガスの流量、ガス比等を変化するようにしてもよい。
【００５４】
本実施例では、層間絶縁物１１５の厚さを６５００Åとしたが、この厚さに限るものではなく、採用するエッチング方法に対する層間絶縁物１１５のエッチングレートによって適宜に決定すればよい。
【００５５】
従来より、コンタクトホールにおける配線の段差被覆性を向上すると共に、層間絶縁物１１５の表面を平坦化して、そこでの配線の段差被覆性を向上することも要求されている。層間絶縁物１１５の表面を平坦化するには、例えば層間絶縁物１１５の下層のゲイト絶縁膜１０９等の凸部を相殺する程度に層間絶縁物１１５を厚くすればよい。
【００５６】
層間絶縁物１１５を厚くするとエッチングに長時間を要するため、従来例のように単層構造の層間絶縁膜を厚くした場合には、コンタクトホールの側面が大きく抉れたり、コンタクトホールが下層程大きくなってしまい逆テーパー状になってしまう。このため、層間絶縁膜の表面を平坦になる程度に層間絶縁膜を厚く成膜して、５０００Å程度の厚さにエッチングバックした後に、コンタクトホールを形成している。
【００５７】
他方、本実施例はエッチングレートが上層程速い多層構造の層間絶縁膜を形成するようにしたため、層間絶縁膜の厚さに拘わらずに、コンタクトホールをテーパー状に形成することができる。そのため、層間絶縁物１１５を１μｍ程度に厚くして表面を平坦化しても、エッチングバックをせずにコンタクトホールを形成することができる。例えば成膜条件、エッチング条件を実施例と同様にして、層間絶縁物１１５の１層目の窒化珪素膜１１５ａを厚さ５００Åに成膜し、酸化珪素膜１１５ｂを厚さ９０００Åの厚さに成膜し、酸化珪素膜１１５ｃを１０００Åの厚さに成膜して、層間絶縁物１１５を厚さ１μｍ程度に形成してもよい。
【００５８】
また、本実施例では、層間絶縁物１１５の最下層を窒化珪素膜１１５ａとしたが、窒化珪素膜１１５ａの代わりに、酸化珪素よりもエッチングレートが遅い酸化窒化珪素膜を形成してもよい。酸化窒化珪素膜を成膜するには、プラズマＣＶＤ法を使用して、原料ガスとして、シラン、Ｎ２ Ｏガス、Ｏ２ ガスを使用すればよい。または、原料ガスとして、ＴＥＯＳガスとＮ２ Ｏガスを使用すればよい。
【００５９】
なお、酸化窒化珪素膜の膜厚は、酸化窒化珪素膜の膜質、酸化窒化珪素膜上に積層される酸化珪素膜の膜厚等によって適宜に決定すればよい。
【００６０】
〔実施例２〕
図３は第２の実施例のゲイト電極のコンタクトホールの断面図であり、本実施例では酸化珪素膜のみで多層構造の層間絶縁物を形成するようにしている。
【００６１】
図１に示す第１の実施例の作成条件と同様にして、図１（Ｅ）に示す状態を得る。即ち、下地膜１０２を形成したガラス基板１０１上には、ソース／ドレイン領域１１０、１１１、低濃度不純物領域１１２、１１３、及びチャネル領域１１４から成る活性層、ゲイト絶縁膜１０９、周囲に陽極酸化物１０８が形成されたゲイト電極１０６が積層されている。
【００６２】
この状態で、図３に示すように層間絶縁物３０１をプラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳガスを原料にして酸化珪素膜のみで成膜する。この際に、成膜時のｒｆ出力値が小さいほど、酸化珪素膜のエッチング速度が速くなることを利用して、１〜３層目のエッチングレートを異なるようにしている。
【００６３】
１層目に酸化珪素膜３０１ａをｒｆ出力を３００Ｗで、厚さ４０００Åに成膜し、２層目に酸化珪素膜３０１ｂをｒｆ出力を１５０Ｗで、厚さ１０００Åに成膜して、３層目に酸化珪素膜３０１ｃをｒｆ出力を５０Ｗで、厚さ１０００Åに成膜する。
【００６４】
従って、厚さ６０００Åで、エッチングレートが段階的に異なる３層構造の層間絶縁物３０１が形成されることになる。なお、成膜時にｒｆ出力を連続的に減少させながら酸化珪素膜を成膜することにより、層間絶縁物３０１のエッチング速度が上層に向かって連続的に増加するようにしてもよい。
【００６５】
この多層構造の層間絶縁物３０１、及び緻密な陽極酸化物１０８をエッチングして，コンタクトホールを形成して、電極・配線を形成する。なお、図３においてソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールは緻密な陽極酸化物１０８が無いものに相当する。
【００６６】
コンタクトホールを形成する場合には、先ず層間絶縁物３０１をエッチングする。エッチング液は酸化珪素膜をエッチングできるものであればよく、本実施例では、広く用いられているバッファードフッ酸（ＢＨＦ）（ＮＨ３ Ｆ：ＨＦ＝１０：１）を使用する。
【００６７】
この場合のエッチングレートは温度２０℃下で１層目の酸化珪素膜３０１ａは約２７００Å／ｍｉｎであり、２層目の酸化珪素膜３０１ｂは約４２２０Å／ｍｉｎであり、３層目の酸化珪素膜３０１ｃは約４２７０Å／ｍｉｎである。このエッチングレートの差のために、下層ほど開孔部が徐々に小さくなるので、層間絶縁物３０１はテーパー状にエッチングされる。これにより、ソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールが形成される。層間絶縁物３０１をエッチング終了後に、緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする。
【００６８】
緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする場合には、エッチング液は酸化アルミニウムをエッチングする際に一般的に使用されているものを使用する。本実施例では、、３％燐酸と３％無水クロム酸との混酸を７０℃に加熱して、４分間エッチングをする。上層の層間絶縁物３０１がテーパー状にエッチングされているため、緻密な陽極酸化物１０８は抉れずに、テーパー状にエッチングされ、図３に示すようにゲイト電極１０６のコンタクトホールがテーパー状に形成される。なお、緻密な陽極酸化物１０８のエッチングレートは約４００Å／ｍｉｎである。
【００６９】
コンタクトホールを開孔した後に、スパッタ法により、チタン膜を１５００Åの厚さに成膜し、引き続いてアルミニウム膜を５０００Åの厚さに成膜した後に、パターニングして、ゲイト電極・配線３０２、ソース／ドレイン電極をそれぞれ形成する。
【００７０】
本実施例は、層間絶縁物３０１を形成する際に、ｒｆ出力値を層毎に変化させながら、酸化珪素膜３０１ａ〜３０１ｃを成膜することにより、エッチングレートの異なる３層構造の層間絶縁物３０１を形成することができる。このため、一般的に広く採用されているエッチング方法により、図３に示すようにテーパー状のコンタクトホールを形成することができる。このため、コンタクトホールの段差部でゲイト電極・配線３０２、ソース／ドレイン電極がその部分だけ薄くなって、断線することが無い。
【００７１】
本実施例では、層間絶縁物３０１のエッチングレートを変化するために、ｒｆ出力を変化するように説明したが、例えば成膜時に、原料ガスの種類、原料ガスの流量、ガス比等を変化するようにしてもよい。
【００７２】
なお、層間絶縁物３０１の層数や厚さ等は本実施例において説明したものに限らず、採用するエッチング方法に対するエッチングレートを考慮して適宜に決定すればよい。
【００７３】
〔実施例３〕
図５は第３の実施例のソース／ドレイン領域のコンタクトホールの断面図であり、層間絶縁膜の最下層に２００〜５００Åの窒化珪素膜を形成するようにしている。構造的には実施例１と同様であるが、果たす効果が異なるので本実施例で説明することとする。
【００７４】
図５において、５０１は結晶性珪素膜でなる島状珪素膜、５０２は２５０Åの厚さの窒化珪素膜である。この窒化珪素膜５０２はプラズマＣＶＤ法により成膜され、成膜条件は以下の通りである。
原料ガス ＳｉＨ４ ：１０ｓｃｃｍ、ＮＨ３ ：７５ｓｃｃｍ、Ｎ２ ：５００ｓｃｃｍ
成膜圧力 ０．７ｔｏｒｒ
印加電力 ３００Ｗ
成膜温度 ３５０℃
【００７５】
その上には、それぞれエッチングレートの異なる酸化珪素膜５０３ａ、５０３ｂで構成される層間絶縁膜５０３を堆積する。この層間絶縁膜５０３の成膜条件等に関しては実施例１及び実施例２で述べたのでここでは省略する。
【００７６】
次に、層間絶縁膜５０３をバッファードフッ酸溶液でエッチングしてコンタクトホールを形成する。この時、窒化珪素膜５０２および各層間絶縁膜５０３ａ、５０３ｂのエッチングレートの違いからテーパー形状を有するコンタクトホールが形成される。（図５）
【００７７】
このように、図４で説明したような構造（島状珪素膜と酸化珪素膜でなる層間絶縁膜が直接接する構造）ではなく、本実施例のように島状珪素膜５０１と層間絶縁膜５０３の間に窒化珪素膜５０２を挟み込む構造とすると、くさび型の抉れが形成されない。
【００７８】
この理由は現状において不明であるが、本実施例による構造を採ることで配線で被覆しやすい形状のコンタクトホールを得られる。このことは、断線のない配線を形成する上で非常に有益である
【００７９】
【効果】
本発明において、成膜条件を変化させて、絶縁膜をエッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するように形成したため、エッチング条件を特別に制御することなく、絶縁膜にテーパー状のコンタクトホールを形成することが可能になる。これにより、コンタクトホールに形成される配線の段差被覆性を良好にすることができる。
【００８０】
具体的には、窒化珪素と酸化珪素というように組成の違いによりエッチングレートが異なることと、ｒｆ出力値が小さいほど酸化珪素膜のエッチングレートが速くなることを利用することで、エッチングレートの異なる多層構造の絶縁膜を形成することができる。
【００８１】
特に、層間絶縁膜の最下層を窒化珪素膜とすることでくさび型の抉れが形成されないコンタクトホールを形成することが可能となる。これにより、コンタクトホールに形成される配線の段差被覆性を良好にすることができる。
【００８２】
更に、絶縁膜の厚さに拘わらず、コンタクトホールをテーパー状に形成することが可能になるので、絶縁膜の表面が平坦化できる程度に絶縁膜を厚く堆積しても、エッチングバックすることなく、テーパー状のコンタクトホールを形成することが可能になる。従って、コンタクトホールに形成される配線の段差被覆性を良好にすることと共に、絶縁膜の表面に形成される配線の段差被覆性をも良好にすることができる。
【００８３】
また、ＣＶＤ法のみにより絶縁膜を形成するようにしたため、アルミニウムが拡散したり、アルミニウムの結晶が異常成長することがない温度で、絶縁膜を形成することができる。このため、アルミニウムで電極を形成するような薄膜トランジスタにおいて、上記のようにエッチングレートが異なる多層構造を有する層間絶縁膜を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の作成工程毎の半導体の断面構成図である。
【図２】ゲイト電極のコンタクトホールの断面構成図である。
【図３】第２実施例のゲイト電極のコンタクトホールの断面構成図である。
【図４】ソース／ドレイン領域のコンタクトホールの断面構成図である。
【図５】第３実施例のソース／ドレイン領域のコンタクトホールの断面構成図である。
【符号の説明】
１０６ ゲイト電極
１０７ 多孔質陽極酸化物
１０８ 緻密な陽極酸化物
１０９ ゲイト絶縁膜
１１０ ソース領域
１１１ トレイン領域
１１２、１１３ 低濃度不純物領域
１１５、３０１ 層間絶縁物
１１６、３０２ ゲイト電極
４０３ くさび型の抉れ
５０２ 窒化珪素膜
【産業上の利用分野】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層配線構造を有する半導体装置は下層の配線と上層の配線とを接続するために、下層の配線上に形成された層間絶縁膜にコンタクトホールを開孔し、このコンタクトホールに上層の配線を形成している。
【０００３】
従来から、コンタクトホールにおける上層の配線の段差被覆性を改善するために、コンタクトホールの段差部をテーパー状にすることが要求されている。特開昭５０−１２３２７４号には、熱酸化法とＣＶＤ法により珪素膜を層間絶縁膜として形成することにより、層間絶縁膜を２層構造にして、形成方法の違いによるエッチング速度の差を利用して、コンタクトホールをテーパー状にする方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例のように、熱酸化法で層間絶縁膜を成膜する際には、５００℃以上で加熱することになる。しかしながら、薄膜トランジスタのような半導体装置において、層間絶縁膜の下層の配線、所謂ゲイト電極はアルミニウムで形成されており、アルミニウムは４５０℃以上で加熱すると周囲に拡散してしまう。拡散したアルミニウムがゲイト電極の下層のゲイト絶縁膜を通過して、更に下層の半導体層に侵入してしまうと、動作不良やショートの原因となる。このため、アルミニウムで下層の配線を作製する半導体装置においては、従来例のように熱酸化法を採用することができないため、ＣＶＤ法のみにより層間絶縁膜を形成して、単層構造としている。
【０００５】
単層構造の層間絶縁膜にコンタクトホールをテーパー状に開孔するためには、エッチング時間等のエッチング条件を厳密に制御しなければならない。例えば、エッチング時間が超過してしまうと、コンタクトホールの側面が底面に対して垂直なってしまい、コンタクトホールをテーパー状に形成することができないので、配線が断線するおそれがある。
【０００６】
また、層間絶縁膜のエッチングを完全に行なうために数十秒のオーバーエッチングを行なうのが一般的であるが、これによりソース／ドレイン領域の半導体層と層間絶縁膜との間にくさび型の抉れが形成される問題が生じる。
【０００７】
図４（Ａ）において、４０１は結晶性珪素でなる半導体層、４０２は単層または複数層の酸化珪素膜でなる層間絶縁膜である。この層間絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する際、半導体層４０１と層間絶縁膜４０２との間にゴミ等の突起物が存在すると、そこにエッチング液がしみ込み、くさび型の抉れ４０３が形成されることがある。
【０００８】
この場合、図４（Ｂ）に示す様に配線電極４０４を成膜すると、くさび型の抉れ４０３を被覆することが困難となるため配線が断線するおそれがある。
【０００９】
アクティブマトリックス型の液晶表示装置の画素領域や周辺回路を薄膜トランジスタで構成する場合には、数１００〜数１０００個もの薄膜トランジスタを同時に同一基板上に形成するため、１個の薄膜トランジスタで配線が断線すると、基板全体の不良につながり、歩留りが低下してしまう。
【００１０】
本発明の目的は上述の問題点を解決し、ＣＶＤ法のみにより層間絶縁膜を形成し、一般的なエッチング方法によりコンタクトホールをテーパー状に形成することを可能にする半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、抉れがなく、配線を良好に被覆できるコンタクトホールを形成することで、半導体装置の製造歩留りを向上させることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するために第１の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
金属導電層又は半導体層を形成する工程と、
前記金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜を形成する工程は、成膜条件を段階的又は連続的に変化して、前記絶縁膜のエッチングレートが上層に行くに従って段階的に又は連続的に増加するようにする。
【００１３】
また、第２の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
金属導電層又は半導体層を形成する工程と、
前記金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜は、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するものである。
【００１４】
更に、第３の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
基板表面上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に配線層を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜をエッチングして前記活性層の所望の表面を露出する工程と、
前記活性層の露出された表面と前記配線層とを覆うように第２の絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と
を有する半導体の製造方法において、
前記第２の絶縁膜は、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するものである。
【００１５】
第４の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属により配線層を形成する工程と、
前記配線層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜は、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するものである。
【００１６】
第５の発明に係る半導体装置の製造方法の構成は、
金属導電層又は半導体層を形成する工程と、
前記金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する工程と、
前記絶縁膜の所望の部分をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の最下層を２００〜５００Åの厚さの窒化珪素膜とするものである。
【００１７】
この窒化珪素膜の成膜は原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４ ）、アンモニア（ＮＨ３ ）、窒素（Ｎ２ ）を用いたプラズマＣＶＤ法によれば良い。また、バッファードフッ酸によるエッチングレートが８００〜１０００Å／分となるような緻密な膜質を有することが望ましい。
【作用】
上述の構成を有する第１の発明に係る半導体装置の製造方法は、金属導電層又は半導体層を覆うように絶縁膜をＣＶＤ法により形成する際に、成膜条件を段階的又は連続的に変化して、前記絶縁膜のエッチングレートが上層に行くに従って段階的に又は連続的に増加するようにする。この絶縁膜をエッチングすることにより、下層程開孔部が小さくなり、コンタクトホールがテーパー状に形成される。
【００１８】
また、第２の発明に係る半導体装置の製造方法は、
金属導電層又は半導体層を覆う絶縁膜をエッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するようにＣＶＤ法により形成し、この絶縁膜をエッチングすることにより、下層程開孔部が小さくなり、コンタクトホールがテーパー状に形成される。
【００１９】
更に、第３の発明に係る半導体装置の製造方法は、配線層の下層の第１の絶縁膜をエッチングして前記活性層の所望の表面を露出することにより、エッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するような第２の絶縁膜のみで活性層と配線層とを覆うようにして、同一のエッチング工程で、活性層、配線層それぞれのコンタクトホールをテーパー状に形成する。例えば薄膜トランジスタを作製する場合には、ソース／ドレイン領域、ゲイト電極それぞれのコンタクトホールがテーパー状に形成されることになる。
【００２０】
第４の発明に係る半導体装置の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする金属により配線層を形成し、この配線層を覆う絶縁膜をエッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するようにＣＶＤ法により形成する。この絶縁膜をエッチングすることにより、下層程開孔部が小さくなり、絶縁膜にはコンタクトホールがテーパー状に形成される。また、ＣＶＤ法を採用することにより、配線層を形成するアルミニウムが拡散したり、アルミニウムの結晶が異常成長することがない温度で、多層構造を有する絶縁膜を形成する。
【００２１】
第５の発明に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜の最下層を２００〜５００Åの厚さの窒化珪素膜とする。この窒化珪素膜はエッチングレートが酸化珪素膜に比べ遅いためコンタクトホールのテーパー化に寄与するだけでなく、コンタクトホール下部にくさび型の抉れが形成されるのを防止する効果を有する。
【００２２】
本明細書に開示する発明において、上記のようにエッチングレートの異なる絶縁膜を形成するために、成膜条件を段階的に又は連続的に変化するようにしている。例えば下層にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を堆積し、その上層に、プラズマＣＶＤ法によりｒｆ出力を段階的に又は連続的に変化しながら、酸化珪素膜を堆積するという方法を採用する。また、他の方法として、下層に窒化珪素膜を堆積せずに、プラズマＣＶＤ法によりｒｆ出力を段階的に又は連続的に変化させながら酸化珪素膜のみを堆積するという方法を採用する。
【００２３】
即ち、エッチングレートの異なる多層構造の絶縁膜を形成するために、窒化珪素と酸化珪素というように組成の違いによりエッチングレートが異なること、またｒｆ出力値が小さいほど酸化珪素膜のエッチングレートが速くなることを利用する。
【００２４】
【実施例】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
〔実施例１〕
図１（Ａ）〜（Ｆ）は第１の実施例の作成工程に沿った半導体装置の断面構成図であり、本実施例はアルミニウムを主成分とするゲイト電極を有する薄膜トランジスタに応用した例である。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０１上に、プラズマＣＶＤ法により、下地膜１０２を３０００Åの厚さに成膜する。この後、下地膜１０２上に、プラズマＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法により非晶質珪素膜を３００〜１０００Åの厚さに成膜する。ここでは５００Åの厚さに成膜する。非晶質珪素膜は薄膜トランジスタの活性層を構成する出発膜である。非晶質珪素膜を結晶化するために、レーザー光を照射する。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを照射して非晶質珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜を作成する。この結晶性珪素膜をエッチングして島状珪素膜１０３を形成する。
【００２７】
この後に、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法により、酸化珪素膜１０４を５００〜１５００Åの厚さに成膜する。更に、電子ビーム蒸着法又はスパッタ法により、アルミニウム膜を２０００〜８０００Åの厚さに成膜する。ここでは、厚さを４０００Åとする。なお、加熱や後述する陽極酸化工程において、アルミニウム膜の結晶の異常成長を抑制するために、予めアルミニウムには０．１〜０．５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）又はイットリウム（Ｙ）が混入されている。
【００２８】
そして、フォトレジストを良好に密着するために、アルミニウム膜の表面に図示しない陽極酸化膜を極薄く、５０〜２００Åの厚さに形成した後に、フォトレジストを塗布する。公知のリソグラフィー法によりフォトレジストのマスク１０５を形成し、このフォトレジストのマスク１０５を用いて、アルミニウム膜をエッチングしてゲイト電極１０６を形成する。一般に、ゲイト電極１０６は第１の配線層と呼ばれている。上記の工程を経て、図１（Ａ）に示す状態を得る。
【００２９】
図１（Ｂ）示すようにゲイト電極１０６の表面にフォトレジストのマスク１０５を残した状態で、電解液中でゲイト電極１０６を陽極にして電圧を印加することにより、ゲイト電極１０６の側面のみに多孔質陽極酸化物１０７を形成する。本実施例では、シュウ酸溶液中で温度３０℃で１０Ｖの電圧を印加する。なお、多孔質陽極酸化物１０７の厚さは電圧を印加する時間により制御できる。
【００３０】
図１（Ｃ）に示すようにフォトレジストのマスク１０５を剥離した後に、再び電解溶液中でゲイト電極１０６に電圧を印加することにより、ゲイト電極１０６の表面及び側面に緻密な陽極酸化物１０８が形成される。この緻密な陽極酸化物１０８の厚さは印加電圧値に略比例するため、必要とする厚さの緻密な陽極酸化物１０８が得られるように電圧を制御すればよい。印加電圧が１５０Ｖのときに２０００Åの緻密な陽極酸化物１０８が形成される。本実施例では、３〜１０％の酒石酸、硼酸、硝酸を含有するエチレングリコール溶液中で、電圧を１２０Ｖ印加して、厚さ１５００Åの緻密な陽極酸化物１０８を形成する。
【００３１】
ドライエッチング法により酸化珪素膜１０４をエッチングする。この場合には、陽極酸化物１０７、１０８はエッチングされずに、マスクの作用をして、酸化珪素膜１０４がエッチングされて、図１（Ｄ）に示すようにゲイト絶縁膜１０９が形成される。
【００３２】
そして、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて、多孔質陽極酸化物１０７をエッチングする。この際には、多孔質陽極酸化物１０７のみがエッチングされ、緻密な陽極酸化物１０８、ゲイト絶縁膜１０９はそのまま残存する。なお、多孔質陽極酸化物１０７のエッチングレートは約６００Å／分である。
【００３３】
次に、図１（Ｅ）に示すようにイオンドーピング法により、ゲイト電極１０６、緻密な陽極酸化物１０８、ゲイト絶縁膜１０９をそれぞれマスクにして島状珪素膜１０３に不純物イオンを注入する。ここでは、Ｎ型の伝導性を付与する燐イオンを注入する。
【００３４】
ドーピングガスとして水素希釈フォスフィン（例えば、５％ＰＨ３ −９５％Ｈ２ ）を用いて、加速電圧を１０〜３０ｋＶとし、ドーズ量を１×１０１４〜８×１０１５原子／ｃｍとするとよい。本実施例では、加速電圧を１０ｋＶとし、ドーズ量を５×１０１４原子／ｃｍ２ とする。
【００３５】
この結果、島状珪素膜１０３において、ゲイト絶縁膜１０９が上層に無い層は不純物イオンが高濃度に注入されて、ソース領域１１０、ドレイン領域１１１がそれぞれ形成され、ゲイト絶縁膜１０９が上層に有る層には、ゲイト絶縁膜１０９を透過した不純物イオンのみが注入されて、低濃度不純物領域１１２、１１３が形成され、ゲイト電極１０６の下層の層には不純物イオンが実質的に注入されずに、チャネル領域１１４が形成される。即ち、緻密な陽極酸化物１０８、ゲイト絶縁膜１０９がマスクの作用をして、ソース領域１１０、ドレイン領域１１１、低濃度不純物領域１１２、１１３、チャネル領域１１４がそれぞれ自己整合的に形成される。
【００３６】
なお、ソース／ドレイン領域１１０、１１１と低濃度不純物領域１１２、１１３との不純物イオンの濃度の差はゲイト絶縁膜１０９の厚さにより決定され、低濃度不純物領域１１２、１１３の方が通常０．５〜３桁程度小さくなるようにしている。また、低濃度不純物領域１１２、１１３の長さはゲイト絶縁膜１０９が緻密な陽極酸化物１０８の側面から突出している長さｙで決定される。この長さｙは図１（Ｂ）に示すように多孔質陽極酸化物１０７の厚さで自己整合的に決定されている。
【００３７】
そして、レーザー光を照射して、注入された不純物イオンを活性化すると共に、不純物イオンの注入により損傷を受けたソース／ドレイン領域１１０、１１１及び低濃度不純物領域１１２、１１３をそれぞれアニールする。
【００３８】
次に、プラズマＣＶＤ法を採用して、多層構造の層間絶縁物を形成する。この際に、最下層にエッチング速度が最も遅い膜を堆積し、上層に行くに従ってエッチング速度が速い膜を堆積して、最上層にエッチング速度の最も速い膜を堆積している。本実施例では３層構造の層間絶縁物を形成する。このような層間絶縁物をエッチングすることにより、テーパー状のコンタクトホールを得ることができる。
【００３９】
図２はゲイト電極１０６のコンタクトホールを拡大した断面構成図であり、ソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールは緻密な陽極酸化物１０８が無いものに相当する。
【００４０】
先ず、層間絶縁物１１５の１層目には、プラズマＣＶＤ法より窒化珪素膜１１５ａを厚さ５００Åに成膜する。２層目、３層目には、窒化珪素膜よりもエッチング速度が速い酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳガスを原料にして成膜する。この際に、成膜時のｒｆ出力値が小さいほど酸化珪素膜のエッチング速度が速くなることを利用して、２層目と３層目とのエッチングレートを異なるようにしている。本実施例では、２層目の酸化珪素膜１１５ｂをｒｆ出力を３００Ｗで、厚さ５０００Åに成膜し、３層目の酸化珪素膜１１５ｃをｒｆ出力を５０Ｗで、厚さ１０００Åに成膜する。これにより層間絶縁物１１５は６５００Åの厚さに形成されることになる。
【００４１】
この多層構造の層間絶縁物１１５、及び緻密な陽極酸化物１０８をエッチングして，コンタクトホールを形成して、電極・配線を形成する。
【００４２】
コンタクトホールを形成する場合には、先ず層間絶縁物１１５をエッチングする。エッチング液は窒化珪素膜及び酸化珪素膜をエッチングできるものであればよく、本実施例では、広く用いられているバッファードフッ酸（ＢＨＦ）（ＮＨ３ Ｆ：ＨＦ＝１０：１）を使用する。この場合のエッチングレートは温度２０℃下で、１層目の窒化珪素膜１１５ａは約７５０Å／ｍｉｎであり、２層目の酸化珪素膜１１５ｂは約２７００Å／ｍｉｎであり、３層目の酸化珪素膜１１５ｃは約４２７０Å／ｍｉｎである。このようにエッチングレートに差があるために、下層ほど開孔部が徐々に小さくなるので、図２に示すように層間絶縁物１１５がテーパー状にエッチングされる。これにより、ソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールが形成される。
【００４３】
他方、ゲイト電極１０６側のコンタクトホールにおいて、緻密な陽極酸化物１０８はエッチングストッパーとして機能している。
【００４４】
なお、層間絶縁膜１１５のエッチング時間は膜１１５ａ〜１１５ｃそれぞれの膜厚と上記のエッチングレートとの関係から算出すればよいが、層間絶縁物１１５を完全に除去するために、実際のエッチング時間は理論上のエッチング時間よりも６０秒程度長くしている。層間絶縁物１１５をエッチング終了後に、緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする。
【００４５】
緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする場合には、エッチング液は酸化アルミニウムをエッチングする際に一般的に使用されているものを使用する。本実施例では、３％燐酸と３％無水クロム酸との混酸を７０℃に加熱して、４分間エッチングする。上層の層間絶縁物１１５がテーパー状にエッチングされているために、緻密な陽極酸化物１０８は抉れずに、テーパー状にエッチングされ、図２に示すようにゲイト電極１０６のコンタクトホールがテーパー状に形成される。なお、緻密な陽極酸化物１０８のエッチングレートは約４００Å／ｍｉｎである。
【００４６】
更に、１００分の１に希釈したフッ酸を用いて６０秒程度エッチングする。このエッチングはクロム混酸を用いてエッチングしたことにより、ゲイト電極１０６の表面に生成した不動態層と呼ばれる高抵抗領域を除去するために行うものである。この後に、第２の配線層と呼ばれる金属配線層を連続成膜法により形成する。
【００４７】
スパッタ法により、先ずチタン膜を１５００Åの厚さに成膜して、引き続いてアルミニウム膜を５０００Åの厚さに成膜して、パターニングして、ゲイト電極・配線１１６、ソース／ドレイン電極１１７、１１８をそれぞれ形成する。更に、２００〜４００℃で水素アニールする。以上の工程を経て、図１（Ｆ）に示す薄膜トランジスタを得る。
【００４８】
本実施例は、層間絶縁物１１５を形成する際に、窒化珪素膜１１５ａと酸化珪素膜１１５ｂ、１１５ｃという組成の違う膜を堆積して、かつｒｆ出力を変化させて酸化珪素膜１１５ｂ、１１５ｃを成膜して、エッチングレートの異なる多層構造の層間絶縁物１１５を形成するようにしたため、一般的に広く採用されているエッチング方法により、テーパー状のコンタクトホールを形成することができる。このため、コンタクトホールの段差部でゲイト電極・配線１１６、ソース／ドレイン電極１１７、１１８がその部分だけ薄くなって、断線するようなことが無い。
【００４９】
本実施例では、ゲイト電極１０６の周囲に緻密な陽極酸化物１０８を形成したため、ゲイト電極１０６のコンタクトホールを形成するために、エッチング工程を２回行うことになるが、絶縁基板上に形成される薄膜トランジスタの作成工程においては、緻密な陽極酸化物１０８を形成することにより、低濃度不純物領域１１２、１１３を自己整合的に形成できるという利点が生ずると共に、加熱工程の際にゲイト電極１０６を保護できるという利点も生ずる。
【００５０】
他方、珪素基板上に作成される半導体集積回路においては、広く知られているようにゲイト電極１０６の側面に絶縁膜、所謂サイドウォールを形成し、表面を露出した状態でゲイト電極１０６を層間絶縁物１１５で覆うようにすれば、１回のエッチング工程でコンタクトホールを形成できる。
【００５１】
本実施例では、層間絶縁物１１５を３層構造としたが、層数はこれに限るものではなく、２層以上であればよい。好ましくは、３層以上とするとよい。例えば層間絶縁物１１５を４層構造とする場合には、プラズマＣＶＤ法より、１層目は窒化珪素膜１１５ａで厚さ５００Åに成膜し、２〜４層目はプラズマＣＶＤ法より、ＴＥＯＳを原料にして、層毎にｒｆ出力を異ならせて酸化珪素膜１１５ｂを成膜する。この場合のｒｆ出力は、例えば２層目は３００Ｗとし、３層目は１５０Ｗとし、４層目は５０Ｗとすればよい。
【００５２】
また、本実施例は、層間絶縁物１１５を形成する際に、酸化珪素膜１１５ｂ、酸化珪素膜１１５ｃの成膜時のｒｆ出力を段階的に減少して、エッチングレートが層毎に異なるようにしたが、２層目以降を成膜する際に、ｒｆ出力を連続的に減少して、酸化珪素膜のエッチングレートが上層に行くに従って連続的に増加するようにすることも可能である。
【００５３】
本実施例では、層間絶縁物１１５のエッチングレートを変化するために、ｒｆ出力を変化するように説明したが、例えば成膜時に、原料ガスの種類、原料ガスの流量、ガス比等を変化するようにしてもよい。
【００５４】
本実施例では、層間絶縁物１１５の厚さを６５００Åとしたが、この厚さに限るものではなく、採用するエッチング方法に対する層間絶縁物１１５のエッチングレートによって適宜に決定すればよい。
【００５５】
従来より、コンタクトホールにおける配線の段差被覆性を向上すると共に、層間絶縁物１１５の表面を平坦化して、そこでの配線の段差被覆性を向上することも要求されている。層間絶縁物１１５の表面を平坦化するには、例えば層間絶縁物１１５の下層のゲイト絶縁膜１０９等の凸部を相殺する程度に層間絶縁物１１５を厚くすればよい。
【００５６】
層間絶縁物１１５を厚くするとエッチングに長時間を要するため、従来例のように単層構造の層間絶縁膜を厚くした場合には、コンタクトホールの側面が大きく抉れたり、コンタクトホールが下層程大きくなってしまい逆テーパー状になってしまう。このため、層間絶縁膜の表面を平坦になる程度に層間絶縁膜を厚く成膜して、５０００Å程度の厚さにエッチングバックした後に、コンタクトホールを形成している。
【００５７】
他方、本実施例はエッチングレートが上層程速い多層構造の層間絶縁膜を形成するようにしたため、層間絶縁膜の厚さに拘わらずに、コンタクトホールをテーパー状に形成することができる。そのため、層間絶縁物１１５を１μｍ程度に厚くして表面を平坦化しても、エッチングバックをせずにコンタクトホールを形成することができる。例えば成膜条件、エッチング条件を実施例と同様にして、層間絶縁物１１５の１層目の窒化珪素膜１１５ａを厚さ５００Åに成膜し、酸化珪素膜１１５ｂを厚さ９０００Åの厚さに成膜し、酸化珪素膜１１５ｃを１０００Åの厚さに成膜して、層間絶縁物１１５を厚さ１μｍ程度に形成してもよい。
【００５８】
また、本実施例では、層間絶縁物１１５の最下層を窒化珪素膜１１５ａとしたが、窒化珪素膜１１５ａの代わりに、酸化珪素よりもエッチングレートが遅い酸化窒化珪素膜を形成してもよい。酸化窒化珪素膜を成膜するには、プラズマＣＶＤ法を使用して、原料ガスとして、シラン、Ｎ２ Ｏガス、Ｏ２ ガスを使用すればよい。または、原料ガスとして、ＴＥＯＳガスとＮ２ Ｏガスを使用すればよい。
【００５９】
なお、酸化窒化珪素膜の膜厚は、酸化窒化珪素膜の膜質、酸化窒化珪素膜上に積層される酸化珪素膜の膜厚等によって適宜に決定すればよい。
【００６０】
〔実施例２〕
図３は第２の実施例のゲイト電極のコンタクトホールの断面図であり、本実施例では酸化珪素膜のみで多層構造の層間絶縁物を形成するようにしている。
【００６１】
図１に示す第１の実施例の作成条件と同様にして、図１（Ｅ）に示す状態を得る。即ち、下地膜１０２を形成したガラス基板１０１上には、ソース／ドレイン領域１１０、１１１、低濃度不純物領域１１２、１１３、及びチャネル領域１１４から成る活性層、ゲイト絶縁膜１０９、周囲に陽極酸化物１０８が形成されたゲイト電極１０６が積層されている。
【００６２】
この状態で、図３に示すように層間絶縁物３０１をプラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳガスを原料にして酸化珪素膜のみで成膜する。この際に、成膜時のｒｆ出力値が小さいほど、酸化珪素膜のエッチング速度が速くなることを利用して、１〜３層目のエッチングレートを異なるようにしている。
【００６３】
１層目に酸化珪素膜３０１ａをｒｆ出力を３００Ｗで、厚さ４０００Åに成膜し、２層目に酸化珪素膜３０１ｂをｒｆ出力を１５０Ｗで、厚さ１０００Åに成膜して、３層目に酸化珪素膜３０１ｃをｒｆ出力を５０Ｗで、厚さ１０００Åに成膜する。
【００６４】
従って、厚さ６０００Åで、エッチングレートが段階的に異なる３層構造の層間絶縁物３０１が形成されることになる。なお、成膜時にｒｆ出力を連続的に減少させながら酸化珪素膜を成膜することにより、層間絶縁物３０１のエッチング速度が上層に向かって連続的に増加するようにしてもよい。
【００６５】
この多層構造の層間絶縁物３０１、及び緻密な陽極酸化物１０８をエッチングして，コンタクトホールを形成して、電極・配線を形成する。なお、図３においてソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールは緻密な陽極酸化物１０８が無いものに相当する。
【００６６】
コンタクトホールを形成する場合には、先ず層間絶縁物３０１をエッチングする。エッチング液は酸化珪素膜をエッチングできるものであればよく、本実施例では、広く用いられているバッファードフッ酸（ＢＨＦ）（ＮＨ３ Ｆ：ＨＦ＝１０：１）を使用する。
【００６７】
この場合のエッチングレートは温度２０℃下で１層目の酸化珪素膜３０１ａは約２７００Å／ｍｉｎであり、２層目の酸化珪素膜３０１ｂは約４２２０Å／ｍｉｎであり、３層目の酸化珪素膜３０１ｃは約４２７０Å／ｍｉｎである。このエッチングレートの差のために、下層ほど開孔部が徐々に小さくなるので、層間絶縁物３０１はテーパー状にエッチングされる。これにより、ソース／ドレイン領域１１０、１１１側のコンタクトホールが形成される。層間絶縁物３０１をエッチング終了後に、緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする。
【００６８】
緻密な陽極酸化物１０８をエッチングする場合には、エッチング液は酸化アルミニウムをエッチングする際に一般的に使用されているものを使用する。本実施例では、、３％燐酸と３％無水クロム酸との混酸を７０℃に加熱して、４分間エッチングをする。上層の層間絶縁物３０１がテーパー状にエッチングされているため、緻密な陽極酸化物１０８は抉れずに、テーパー状にエッチングされ、図３に示すようにゲイト電極１０６のコンタクトホールがテーパー状に形成される。なお、緻密な陽極酸化物１０８のエッチングレートは約４００Å／ｍｉｎである。
【００６９】
コンタクトホールを開孔した後に、スパッタ法により、チタン膜を１５００Åの厚さに成膜し、引き続いてアルミニウム膜を５０００Åの厚さに成膜した後に、パターニングして、ゲイト電極・配線３０２、ソース／ドレイン電極をそれぞれ形成する。
【００７０】
本実施例は、層間絶縁物３０１を形成する際に、ｒｆ出力値を層毎に変化させながら、酸化珪素膜３０１ａ〜３０１ｃを成膜することにより、エッチングレートの異なる３層構造の層間絶縁物３０１を形成することができる。このため、一般的に広く採用されているエッチング方法により、図３に示すようにテーパー状のコンタクトホールを形成することができる。このため、コンタクトホールの段差部でゲイト電極・配線３０２、ソース／ドレイン電極がその部分だけ薄くなって、断線することが無い。
【００７１】
本実施例では、層間絶縁物３０１のエッチングレートを変化するために、ｒｆ出力を変化するように説明したが、例えば成膜時に、原料ガスの種類、原料ガスの流量、ガス比等を変化するようにしてもよい。
【００７２】
なお、層間絶縁物３０１の層数や厚さ等は本実施例において説明したものに限らず、採用するエッチング方法に対するエッチングレートを考慮して適宜に決定すればよい。
【００７３】
〔実施例３〕
図５は第３の実施例のソース／ドレイン領域のコンタクトホールの断面図であり、層間絶縁膜の最下層に２００〜５００Åの窒化珪素膜を形成するようにしている。構造的には実施例１と同様であるが、果たす効果が異なるので本実施例で説明することとする。
【００７４】
図５において、５０１は結晶性珪素膜でなる島状珪素膜、５０２は２５０Åの厚さの窒化珪素膜である。この窒化珪素膜５０２はプラズマＣＶＤ法により成膜され、成膜条件は以下の通りである。
原料ガス ＳｉＨ４ ：１０ｓｃｃｍ、ＮＨ３ ：７５ｓｃｃｍ、Ｎ２ ：５００ｓｃｃｍ
成膜圧力 ０．７ｔｏｒｒ
印加電力 ３００Ｗ
成膜温度 ３５０℃
【００７５】
その上には、それぞれエッチングレートの異なる酸化珪素膜５０３ａ、５０３ｂで構成される層間絶縁膜５０３を堆積する。この層間絶縁膜５０３の成膜条件等に関しては実施例１及び実施例２で述べたのでここでは省略する。
【００７６】
次に、層間絶縁膜５０３をバッファードフッ酸溶液でエッチングしてコンタクトホールを形成する。この時、窒化珪素膜５０２および各層間絶縁膜５０３ａ、５０３ｂのエッチングレートの違いからテーパー形状を有するコンタクトホールが形成される。（図５）
【００７７】
このように、図４で説明したような構造（島状珪素膜と酸化珪素膜でなる層間絶縁膜が直接接する構造）ではなく、本実施例のように島状珪素膜５０１と層間絶縁膜５０３の間に窒化珪素膜５０２を挟み込む構造とすると、くさび型の抉れが形成されない。
【００７８】
この理由は現状において不明であるが、本実施例による構造を採ることで配線で被覆しやすい形状のコンタクトホールを得られる。このことは、断線のない配線を形成する上で非常に有益である
【００７９】
【効果】
本発明において、成膜条件を変化させて、絶縁膜をエッチングレートが上層に行くに従って段階的又は連続的に増加するように形成したため、エッチング条件を特別に制御することなく、絶縁膜にテーパー状のコンタクトホールを形成することが可能になる。これにより、コンタクトホールに形成される配線の段差被覆性を良好にすることができる。
【００８０】
具体的には、窒化珪素と酸化珪素というように組成の違いによりエッチングレートが異なることと、ｒｆ出力値が小さいほど酸化珪素膜のエッチングレートが速くなることを利用することで、エッチングレートの異なる多層構造の絶縁膜を形成することができる。
【００８１】
特に、層間絶縁膜の最下層を窒化珪素膜とすることでくさび型の抉れが形成されないコンタクトホールを形成することが可能となる。これにより、コンタクトホールに形成される配線の段差被覆性を良好にすることができる。
【００８２】
更に、絶縁膜の厚さに拘わらず、コンタクトホールをテーパー状に形成することが可能になるので、絶縁膜の表面が平坦化できる程度に絶縁膜を厚く堆積しても、エッチングバックすることなく、テーパー状のコンタクトホールを形成することが可能になる。従って、コンタクトホールに形成される配線の段差被覆性を良好にすることと共に、絶縁膜の表面に形成される配線の段差被覆性をも良好にすることができる。
【００８３】
また、ＣＶＤ法のみにより絶縁膜を形成するようにしたため、アルミニウムが拡散したり、アルミニウムの結晶が異常成長することがない温度で、絶縁膜を形成することができる。このため、アルミニウムで電極を形成するような薄膜トランジスタにおいて、上記のようにエッチングレートが異なる多層構造を有する層間絶縁膜を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の作成工程毎の半導体の断面構成図である。
【図２】ゲイト電極のコンタクトホールの断面構成図である。
【図３】第２実施例のゲイト電極のコンタクトホールの断面構成図である。
【図４】ソース／ドレイン領域のコンタクトホールの断面構成図である。
【図５】第３実施例のソース／ドレイン領域のコンタクトホールの断面構成図である。
【符号の説明】
１０６ ゲイト電極
１０７ 多孔質陽極酸化物
１０８ 緻密な陽極酸化物
１０９ ゲイト絶縁膜
１１０ ソース領域
１１１ トレイン領域
１１２、１１３ 低濃度不純物領域
１１５、３０１ 層間絶縁物
１１６、３０２ ゲイト電極
４０３ くさび型の抉れ
５０２ 窒化珪素膜
Claims (9)
- 珪素膜を形成し、
前記珪素膜を覆うように窒化珪素膜をＣＶＤ法により形成し、
前記窒化珪素膜上に、ｒｆ出力を段階的又は連続的に減少させながらＣＶＤ法によりエッチングレートを上層に行くに従って段階的又は連続的に増加させて、酸化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜及び前記酸化珪素膜をエッチングして前記珪素膜の表面に達する開孔部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 珪素膜を形成し、
前記珪素膜を覆うように窒化珪素膜をＣＶＤ法により形成し、
前記窒化珪素膜上に、ｒｆ出力を段階的又は連続的に減少させながらＣＶＤ法によりエッチングレートを上層に行くに従って段階的又は連続的に増加させて、酸化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜及び前記酸化珪素膜をエッチングして前記珪素膜の表面に達する開孔部を形成し、
前記開孔部に電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜をエッチングして島状珪素膜を形成し、
前記島状珪素膜上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記島状珪素膜の表面の一部が露出されるように前記絶縁膜をエッチングして、ゲイト絶縁膜を形成し、
前記島状珪素膜に不純物イオンをドーピングし、
前記島状珪素膜及び前記ゲイト電極を覆うように窒化珪素膜をＣＶＤ法により形成し、
前記窒化珪素膜上に、ｒｆ出力を段階的又は連続的に減少させながらＣＶＤ法によりエッチングレートを上層に行くに従って段階的又は連続的に増加させて、酸化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜及び前記酸化珪素膜をエッチングして前記不純物イオンが注入された島状珪素膜に達する開孔部を形成し、
前記開孔部に電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項２又は３において、前記電極は、チタン膜と、前記チタン膜上に形成されたアルミニウム膜とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項１乃至４のいずれか一において、前記窒化珪素膜及び前記酸化珪素膜を、エッチング液を用いてエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項５において、前記エッチング液は、バッファードフッ酸であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項１乃至６のいずれか一において、ＳｉＨ 4 、ＮＨ 3 、及びＮ 2 を使用して、前記窒化珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項１乃至７のいずれか一において、ＴＥＯＳガスを使用して、前記酸化珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項１乃至８のいずれか一において、前記ＣＶＤ法はプラズマＣＶＤ法であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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