JP3567635B2 - コンタクト形成方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンタクト形成方法に関し、更に詳細には、基板の拡散領域と配線層とを導通するコンタクトを形成する際に、信頼性の高いコンタクトを形成できるように改良したコンタクト形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
デザインルールの微細化と共に、微細加工を可能とする高密度プラズマ処理法、特に高密度プラズマエッチング法が多用されるようになり、そのためデバイスの基板面に発生するプラズマ・ダメージが問題視されている。
例えば、高密度プラズマを利用したドライエッチング法により、基板の拡散領域と配線層とを導通するコンタクトを形成するためのコンタクトホールを開口する際、基板のコンタクト底部、即ち拡散領域の表層にSiCが形成されることが、確認されている。SiCは、上層配線と基板とのコンタクト抵抗を増加させることから配線形成前にSiCの除去を行う必要がある。
そこで、従来 基板に与えるダメージが比較的小さいChemical Dry Etching(CDE、以下、簡単にCDEと言う)を適用して、拡散領域内のSiCを除去している。CDEは、反応ガスをマイクロ波放電によりプラズマ化してラジカルを生成し、生成したラジカルをエッチング室に導入して、基板面に衝突させエッチングを行う方式である。
【0003】
ここで、図3を参照して、基板の拡散層と配線層とを導通する従来のコンタクト形成方法を簡単に説明する。
(1)先ず、図3(a)に示すように、p−ウエル領域内にn+拡散層12を形成したシリコン基板14上に層間絶縁膜としてSiO膜16を成膜する。
(2)次いで、ホトリソグラフィ法によりレジストマスク(図示せず)を形成し、そのレジストマスクを使用して、図3(b)に示すように、高密度プラズマエッチング法によりSiO膜16を貫通して拡散層12を露出させるコンタクトホール18を開口する。この結果、コンタクトホール18の底部、即ち拡散層12の表層がSiCに転化する等により、拡散層12の表層にダメージ層20が生成する。
(3)続いて、ダメージ層20を除去するために、CDEによるライトエッチングを適用して、図3(c)に示すように、拡散層20をエッチングする。
(4)次いで、図3(d)に示すように、Ti/TiN層の密着層22、更にタングステン膜24を基板全面に成膜し、続いてエッチバックして、コンタクトプラグ26を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、(3)の工程で実施したCDEは等方性エッチングであるので、基板エッチング時に、コンタクトホール18の底面のみならず、シリコン基板14が横方向にも削られて、図3(c)に示すように、SiO膜16の下に横孔状の凹み28が発生する。その結果、(4)の工程でTi/TiN層の密着層22及びタングステン膜24の埋め込み金属でコンタクトホール18を埋め込んだ際、埋め込み金属でコンタクトホール18を完全に埋め込むことが出来ずに、コンタクトホール18内に空洞30が生じる。
そのために、コンタクトプラグ26内で応力集中が生じ、埋め込み金属膜の剥がれが生じたり、水分が空洞30に蓄積したりして、導通不良が生じ、デバイスの配線構造の信頼性を低下させるいう問題が生じていた。
【0005】
そこで、本発明の目的は、基板の拡散層と配線層とを導通するコンタクトを形成するに当たり、信頼性の高いコンタクトを形成できる方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、CDEによるライトエッチングの際に、基板が横孔状にエッチングされないようにするために、ポリシリコン膜によるサイドウォールをコンタクトホールに形成し、CDEのエッチングの等方性効果をサイドウォールで相殺することを着眼し、本発明を完成するに到った。
【0007】
よって、上記目的を達成するために、本発明に係るコンタクト形成方法は、不純物濃度の高い拡散領域を有するシリコン基板上に絶縁膜を形成する工程と、
絶縁膜を貫通して拡散領域を露出させるコンタクトホールを高密度プラズマエッチング法により開口する工程と、
コンタクトホールの底面及び側面を含む基板全面にポリシリコン膜を成膜する工程と、
異方性エッチングを施して、コンタクトホールの側面のポリシリコン膜を除くコンタクトホールの底面及び基板面のポリシリコン膜を除去する工程と、
CDEによるライトエッチングを基板に施して、コンタクトホールの底面の拡散領域の表層及びコンタクトホールの側面のポリシリコン膜を除去するCDE工程と
を有することを特徴としている。
【0008】
本発明方法で成膜するポリシリコン膜のサイドウォールの膜厚は、ダメージ層の厚さ等により異なるが、通常、30nmから50nmの範囲で良い。30nmより薄いと本発明の効果が乏しく、逆に50nmより厚くするのは、コンタクトホールのアスペクト比が大きくなり、その後のCDEでの除去が難しくなるからである。また、本発明方法で除去する拡散領域の表層の厚さは、ダメージ層の厚さ、従って高密度プラズマエッチングの条件により異なるが、通常、20nmから40nmの範囲で良い。20nmより薄いと本発明の効果が乏しく、逆に40nmより厚くしても本発明の効果は変わらず、拡散層を削り過ぎると、拡散層の抵抗が高くなるという問題があるからである。
コンタクトホールの底面のポリシリコン膜を除去する異方性エッチングには、例えばCl/Oガスを用いたECRエッチングを使用する。
本発明方法で開口したコンタクトホールに、例えばタングステン金属等の低抵抗高融点金属でコンタクトプラグを形成することにより、従来のような導通不良を生じさせない信頼性の高い配線構造を備えた半導体装置を実現できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、実施例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施例
本実施例は、本発明方法の実施例であって、図1(a)から(d)及び図2(e)から(g)は、本発明方法の各工程毎の基板断面図である。図1及び図2のうち、図3と同じ部位には同じ符号を付している。
(1)先ず、図1(a)に示すように、p−ウエル領域内にn+拡散層12を形成したシリコン基板14上に膜厚1μm 程度のSiO膜16を形成する。
(2)次いで、ホトリソグラフィ法を用いてレジストマスク(図示せず)を形成し、そのマスクを使用して、以下の条件の下で高密度プラズマエッチング法により、図1(b)に示すように、SiO膜16にコンタクトホール18を開口する。
プラズマエッチング条件
装置 :マグネトロンエッチャー
反応ガス:C/Ar/CO=7/200/100sccm
圧力 :5.3Pa
RF出力:1600W
【0010】
エッチングの際、シリコン基板14がオーバーエッチングされるために、拡散層16の表層には、図1(b)に示すように、主としてSiCの薄い層からなるダメージ層20が生成する。
【0011】
その状態で、図1(c)に示すように、コンタクトホール18の底面及び側面を含む基板全面に膜厚50nmのポリシリコン膜32をCVD法により成膜する。
次いで、以下の条件の下で異方性エッチングを用いて、図1(d)に示すように、コンタクトホール18の側壁にのみポリシリコン膜32が残り、ダメージ層20が露出するように、基板面にエッチングを行う。
装置 :ECRエッチャー
反応ガス:Cl/O=78/2sccm
圧力 :0.4Pa
RF出力:70W
【0012】
続いて、図2(e)に示すように、以下の条件で、CDEによりコンタクトホール18の底面を深さ30nm程度のエッチングして、拡散層12の表層のダメージ層20を除去する。
装置 :CDE
反応ガス:CF/O=150/60sccm
圧力 :40Pa
RF出力:700W
これにより、コンタクトホール18を高密度プラズマエッチングにより開口した際に生じた拡散層16のダメージ層20は除去される。同時に、CDEは等方性エッチングのため、エッチングが横方向にも進行し、コンタクトホール18の側面のポリシリコン膜32も、図2(e)に示すように、除去される。
【0013】
この後、図2(f)に示すように、膜厚がそれぞれ30nm、70nm及び600nmのTi/TiN層22及びW層24の積層構造をCVD法により基板全面に形成する。
次いで、図2(g)に示すように、Ti/TiN/Wの積層構造がコンタクトホール18内にのみ残るように既知の方法で異方性エッチングを行い、コンタクトプラグ26を形成する。
以上の工程により、コンタクトプラグ26が、コンタクトホール18内を完全に埋め込むので、従来生じていたようなコンタクトプラグ内の応力集中による金属膜剥がれや、水分の蓄積による導通不良が発生せず、拡散層12と確実に導通するコンタクトを形成できる。
【0014】
【発明の効果】
本発明方法によれば、コンタクトホールのサイドウォールをポリシリコン膜により形成し、コンタクトホールの側面のみを残してポリシリコン膜を除去した後に、CDEのライトエッチングを適用している。これにより、CDEの等方性効果を側面のポリシリコン膜により相殺しているので、拡散領域のダメージ層のみが除去され、従来生じていたようなコンタクトホールの底部の横方向拡大を防止し、コンタクトホールを完全に埋め込んだ導通不良の生じないコンタクトプラグを形成できる。
よって、低抵抗のコンタクトで、しかも信頼性の高い配線構造を備えた半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)から(d)は、それぞれ、本発明に係るコンタクト形成方法の各工程毎の基板断面図である。
【図2】図2(e)から(g)は、それぞれ、図1(d)に続く、本発明方法の各工程毎の基板断面図である。
【図3】図3(a)から(d)は、それぞれ、従来のコンタクト形成方法の各工程毎の基板断面図である。
【符号の説明】
12……n+拡散層、14……シリコン基板、16……SiO膜、18……コンタクトホール、20……ダメージ層、22……Ti/TiN層、24……W層、26……コンタクトプラグ、28……凹み、30……空洞、32……ポリシリコン膜。

Claims (4)

  1. 不純物濃度の高い拡散領域を有するシリコン基板上に絶縁膜を形成する工程と、
    絶縁膜を貫通して拡散領域を露出させるコンタクトホールを高密度プラズマエッチング法により開口する工程と、
    コンタクトホールの底面及び側面を含む基板全面にポリシリコン膜を成膜する工程と、
    異方性エッチングを施して、コンタクトホールの側面のポリシリコン膜を除くコンタクトホールの底面及び基板面のポリシリコン膜を除去する工程と、
    ケミカルドライエッチングによるライトエッチングを基板に施して、コンタクトホールの底面の拡散領域の表層及びコンタクトホールの側面のポリシリコン膜を除去するケミカルドライエッチング工程と
    を有することを特徴とするコンタクト形成方法。
  2. ケミカルドライエッチング工程の後に、Ti層、TiN層及びW層の積層構造からなる埋め込み金属でコンタクトホールを埋め込むことを特徴とする請求項1に記載のコンタクト形成方法。
  3. ポリシリコン膜の膜厚を30nmから50nmの範囲にすることを特徴とする請求項1又は2に記載のコンタクト形成方法。
  4. ケミカルドライエッチング工程で、コンタクトホールの底面の拡散領域の表層を20nmから40nmの範囲の深さで除去することを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか1項に記載のコンタクト形成方法。
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