JPH02165630A

JPH02165630A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH02165630A
Application number: JP32107388A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Otani; 大谷　幸弘
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-06-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は半導体装置の製造方法、特にアスペクト比の大
きいコンタクト孔への金属電極層を形成する半導体装置
の製造方法に関する。

（ロ）従来の技術例えば、多層配線構造を有する半導体装置では、半導体
基板の拡散層や多結晶シリコン等の導電層上に絶縁膜を
形成し、この絶縁膜に開設したコンタクト孔を通して絶
縁膜の上層に形成した多結晶シリコン層やアルミニウム
配線層を電気的に接続する構造が採られている。ところ
が、近年のように素子の微細化が進められてくると、こ
のコンタクト孔も必然的に小さくなり、その絶縁膜の厚
さに対するコンタクト孔の面積の割合比、いわゆるアス
ペクト比が大きくなる。また、この種のコンタクト孔は
通常異方性ドライエツチング法により開設しているため
、コンタクト孔の側壁は略垂直な角度に形成され、極め
て急峻なものとなる。

したがって、このようなコンタクト孔に上層としての導
電性膜を形成しても、カバレジ性を向上させることは難
しく、コンタクト孔底面の端部で極端にその膜厚が薄く
なり、電気的に断線し易くなる等、製品の良品率の低下
や信頼性の低下を生じる原因となっている。

このため、コンタクト孔の側壁の傾斜を緩和する対策が
試みられており、例えばコンタクト孔をエツチング形成
する際のフォトレジストを、バターニングした後に高温
熱処理してリフローさせ、その間窓縁部を丸くダレさせ
た上で、これをマスクにしてコンタクト孔を開設する方
法が提案されている。

しかしながら、この対策では、フォトレジストの高温度
リフローによってフォトレジストのパターンに形状変化
が生じ、これによってコンタクト孔が所要形状と異なる
形状に形成されてしまうおそれがあり、コンタクト孔形
状を制御することが難しくなる。

また、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜にコンタクト孔
を形成する場合には、このシリコン酸化膜とフォトレジ
ストの双方のエツチング特性を最適に制御、維持するこ
とは技術的に困難を伴い、各種各様の製品を処理しなけ
ればならない現実の生産への適用が極めて困難になると
いう問題もある。

そこで特開昭６２−２８１３３３号公報（ＨＯＩＬ２１
／３０２　）では以下の方法が提案されている。

先ず、第３図Ａのように半導体基板（２１〉上にフィー
ルド醋化膜（２２）を形成し、この上に下層配線として
の多結晶シリコン層（２３）を所要パターンに形成する
。そして、この多結晶シリコンＪ！（２３）上には層間
絶縁膜としてのシリコン酸化膜（２４）を形成する。こ
こでは、このシリコン酸化膜（２４）は、気相成長法に
よって略０．８μｍの厚さに形成している。

そして、図示を省略したフォトレジスト等を用いた通常
の選択エツチング法により、前記シリコン酸化膜（２４
）にスルーホール＜２５）を開設する。この状態では、
スルーホール（２５）は従来と同様に側壁は急峻なもの
とされている。

次いで、シリコンを主成分とする溶液を全面に回転塗布
し、かつこれを高温オープン中で焼成して塗布焼成膜（
２６）を略２０００人の厚さに形成する。この塗布焼成
膜（２６）は前記溶液の粘性が非常に低いものにされて
いるので、スルーホール（２５）の上縁部には殆ど形成
されず、またこの近傍の膜厚も極めて薄いものにされて
いる。一方、スルーホール（２５）の下部には厚く形成
きれており、スルーホールの形状にもよるが、底部には
４０００〜６０００人の厚さに形成される。

しかる上で、この状態でドライエツチングを行うと、シ
リコン酸化膜（２４）と塗布焼成膜（２６）は共に酸化
膜であることから、エツチング条件を適切に選択するこ
とにより両膜（２４）　、　（２６）のエツチング速度
を略等しくすることができる。このため、エツチングに
おける異方性の強さにも関係きれるが、半導体基板の全
体に亘ってエツチングを行うと、エツチングは塗布焼成
膜（２６）の表面形状に応じて進行きれる。したがって
、このエツチングを所要厚さに亘って行うと、塗布焼成
膜（２６）の薄い箇所ではシリコン酸化膜（２４）のエ
ツチングが進められる。このため、塗布焼成膜（２６）
が薄いスルーホール（２５）の縁部のエツチングが進め
られ、スルーホール（２５）の開口縁部の角が丸くなる
ようにエツチングが行われる。

その後、残存する前記塗布焼成膜（２６）のみをエツチ
ング除去すると、第３図Ｂのように、開口縁部（２５ａ
）の角が丸くされて側壁の傾斜が緩和されたスルーホー
ル（２５Ａ）を完成する。

しかる後、アルミニウムをスパッタ法等により被着させ
、かつこれを所定形状にバターニングして、第３図Ｂの
ように上層配線としてのアルミニウム配線（２７）を形
成する。このアルミニウム配線＜２７）においては、ス
ルーホール（２５Ａ＞の縁部の傾斜が緩和されているの
で、特にスルーホール（２５Ａ）内におけるカバレジ性
を改善し、信頼性の高い電気的接続を得ることができる
。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら斯上したコンタクト孔の縁部を丸くする方
法でも、層間絶縁膜が１μｍ以上になると、現在、最も
ステップカバレジが良いとされるマグネトロンスパッタ
リングによってもアルミニウムがコンタクト孔内に侵入
するのが困難となり、下層配線や半導体基板との接続が
不十分となり、断線や信頼性が問題となってくる。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は斯上した問題点に鑑みてなされ、アスペクト比
の大きいコンタクト孔においても第１の金属電極層でか
さ上げをすることにより、従来の問題点を大幅に改善し
た半導体装置の製造方法を提供するものである。

＜＊）作用本発明に依れば、第１の金属電極層を側壁被着性の悪い
、例えばＥＢ蒸着法などによってコンタクト孔底部に侵
入させた後その表面に平坦化した塗布絶縁膜で被覆し、
コンタクト孔内に第１の金属電極層を選択的に残存させ
てコンタクト孔のかさ上げをし、その後第２の金属電極
層を付着して電極配線層を形成しているので、アスペク
ト比の大きいコンタクト孔でも電極配線層の断線等を防
止できるのである。

（へ）実施例本発明の一実施例を第１図Ａ乃至第１図りを参照して詳
述する。

先ず第１図Ａに示すように、半導体基板（１）の拡散領
域（２）上に形成したシリコン酸化膜より成る絶縁膜（
３）にコンタクト孔（４）を形成する。絶縁膜（３）上
には周知のレジスト層（５）を付着し、コンタクト孔（
４）上のレジスト層（５）を除去した後、レジスト層（
５）をマスクとして異方性エツチング、例えばＲＩＥ（
反応性イオンエツチング）を行い急峻な側面を有するア
スペクト比の大きいコンタクト孔（４）を形成する。な
お絶縁膜（３）は約１〜１．５μｍの厚みを想定し、多
層配線の場合は層間絶縁膜にも適用される。

次に第１図Ｂに示すように、コンタクト孔（４）を含む
絶縁膜（３）上にバリア層（６）を付着し、更にアルミ
ニウムより成る第１の金属電極層＜７）を付着する。バ
リア層（６）としてはノンドープのポリシリコン層をＬ
ＰＣＶＤ法により約５００人の厚みに堆積し、その上に
約１μｍの厚みのアルミニウムを敢えて側壁被着性の悪
い条件のスパッタやＥＢｉ若法により堆積しコンタクト
孔（４）底部へのアルミニウムの侵入を可能としている
。従ってコンタクト孔（４）の底部はアルミニウムの第
１の金属電極層（７）により大部分を埋め、コンタクト
孔（４）上の第１の金属電極層（７）表面はコンタクト
孔（４）の段差に起因して大きくくぼむ、但しバリア層
（６）は塗布絶縁膜としてＳＯＧを用いたとき、そのエ
ツチングのストッパーの働きを有しているので、塗布絶
縁膜としてレジストを用いるときは省略できる。

更に第１の金属電極層（７）上にはその表面を平坦化す
るためにＳＯＧあるいはレジストより成る液状の塗布絶
縁膜（８）を約１μｍの厚みにスピンオンコートし、加
熱してベーキングする。これにより前述した第１の金属
電極層〈７）表面のくぼみ（９）は充填される。

次に第１図Ｃに示す如く、塗布絶縁膜（８）および第１
の金属電極層（７）を異方性エツチングして、コンタク
ト孔（４）内にのみ第１の金属電極層（７）およびくぼ
み（９）を充填する塗布絶縁膜（８）の一部を残す、即
ち、本工程ではアルミニウムとＳＯＧとのエツチング比
が１：１の異方性エツチングにより、塗布絶縁膜（８）
の上面より均等の厚みだけエツチングし、バリア層（６
）が露出するまでエツチングを継続する。

次に第１図りに示す如く、塗布絶縁膜（８）を除去する
が、塗布絶縁膜（８）がＳＯＧの場合、バリア層（６）
が除去時のエツチングストッパーとなり、絶縁膜（３）
を保護する。塗布絶縁膜（８）がレジストの場合では、
絶縁膜（３）の保護は不要である。そして、全面に第２
の金属電極層（１０）を約１μｍの厚みにスパッタする
。本工程ではコンタクト孔（４）は既に前工程で第１の
金属電極層（７）でかさ上げされているので、約０．５
μｍ程度の段差に緩和されており、更にコンタクト孔（
４）内に残る第１の金属電極層（７）は周辺が高い階段
状となり、急峻な側面も緩和されている。従って第２の
金属電極層（１０）は約０．５μｍの段差に対する被着
で良い為、良好なステップカバーリッジが得られ、第１
の金属電極層（７）と断線することなく良好なオーミッ
クコンタクトを実現できる。第２の金属電極層（１０）
はその後所定の形状にパターニングされる。

本発明の他の実施例を第２図Ａおよび第２図Ｂを参照し
て説明する。

本実施例ではアルミニウムと塗布絶縁膜とを選択的に異
方性エツチングするものであり、前述した第１図Ａと第
１図Ｂの工程の後に第２図Ａと第２図Ｂの工程が入り、
第１図りの工程で終了する。なお前述した工程と重複す
る説明は省略する。第１図Ｂに示す工程の後、第２図Ａ
に示す如く、塗布絶縁膜（８）の異方性エツチングを行
う。

塗布絶縁膜（８）は表面が平坦なので、マスクなしで表
面から第１の金属電極層（７）表面までＲＩＨにより異
方性エツチングし、コンタクト孔（４）内の第１の金属
電極層（７）のくぼみ（９）にのみ塗布絶縁膜（８）を
残す。

次に第２図Ｂに示す如く、残存する塗布絶縁膜（８）を
マスクとして第１の金属電極層（７）を異方性エツチン
グする。この異方性エツチングはアルミニウムのみを選
択的に行うものであり、バリア層（６）上の第１の金属
電極層（７）を異方性エツチングして除去し、塗布絶縁
膜（８）下にあるコンタクト孔（４）内の第１の金ｉｔ
極層（７）は残る。

その後第１図りに示す工程で第２の金属電極層（１０）
を付着する。

〈シ）発明の効果本発明に依れば、アスペクト比の大きい深いコンタクト
孔（４）においても第１の金属電極層（７）でコンタク
ト孔（４）をかさ上げし、第２の金属電極層（１０）で
良好なオーミンクコンタクトを得るので、断線のない信
頼性の高い電極配線層を実現できる利点を有する。

また本発明では、従来の如くコンタクト孔の周縁を丸く
だれさせる方法を採らないので、コンタクト孔（４）の
周縁の拡大をせず極めて微細加工に適したコンタクト孔
の形成方法を実現できる利点を有する。

更に本発明では、塗布絶縁膜（８）および第１の金属電
極層（７）を選択性のある異方性エツチングでも選択性
のない異方性エツチングでもエツチングでき、極めて幅
広い製法を採れる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ乃至第１図りは本発明の−の実施例を説明する
断面図、第２図Ａおよび第２図Ｂは本発明の他の実施例
を説明する断面図、第３図Ａおよび第３図Ｂは従来の製
造方法を説明する断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上の絶縁膜にコンタクト孔を形成する
工程と、前記絶縁膜上に第１の金属電極層を付着する工程と、前記第１の金属電極層上にその表面を平坦化する塗布絶
縁膜を付着する工程と、前記塗布絶縁膜および第１の金属電極層を異方性エッチ
ングして前記第１の金属電極層を前記コンタクト孔内に
残存する工程と、前記絶縁膜上に第２の金属電極層を付着し前記第１の金
属電極層とオーミック接触させ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。
（２）前記第１の金属電極層下にポリシリコン層より成
るバリア層を設ける工程を具備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）半導体基板上の絶縁膜にコンタクト孔を形成する
工程と、前記絶縁膜上に第１の金属電極層を付着する工程と、前記第１の金属電極層上にその表面を平坦化する塗布絶
縁膜を付着する工程と、前記塗布絶縁膜を異方性エッチングして前記第１の金属
電極層上面を露出する工程と、前記コンタクト孔上に残存する前記塗布絶縁膜をマスク
として前記第１の金属電極層を異方性エッチングして前
記コンタクト孔内に第１の金属電極層を残存する工程と
、前記コンタクト孔内の塗布絶縁膜を除去した後、第２の
金属電極層を付着し且つ前記第１の金属電極層とオーミ
ック接触させ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。
（４）前記第１の金属電極層下にポリシリコン層より成
るバリア層を設ける工程を具備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。