JPH0254524A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ８発明の概要 Ｃ８従来技術［第４図］ Ｄ１発明が解決しようとする問題点［第４図］Ｅ０問題
点を解決するだめの手段 １１作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第３図］ Ｈ０発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の製造方法、特に絶縁膜にコンタク
トホールな形成してシリコン半導体あるいはシリコンを
含有した導電体の表面を露出させ、コンタクトホールを
シリコンで埋めて電極の取り出しを行う半導体装置の製
造方法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記の半導体装置の製造方法において、 コンタクトホールに露出するシリコン半導体あるいはシ
リコンを含有する導電体の表面に生じた酸化膜によりコ
ンタクト抵抗が大きくなることを防止するため、 コンタクトホールの形成後、シリコンよりも酸化物の形
成エネルギーの大きな元素（例えばチタン）からなる還
元用膜を形成し、次いで、シリコンでコンタクトホール
を埋めた後熱処理することにより還元用膜に酸化膜を還
元させるものである。

（Ｃ，従来技術）［第４図］ 半導体素子の微細化が進み、コンタクトホールのアスペ
クト比が急激に高くなるに伴って半導体基板の゛ｈ導体
領域の電極取り出しを絶縁膜にコンタクトホールを形成
した後アルミニウムを形成することにより行うという従
来の技術に代ってシリコンでコンタクトホールを埋めて
コンタクトをとるという新しい技術が多く利用されるよ
うになった。というのは、アルミニウムを蒸着あるいは
スパッタリシダにより形成した場合、ステップカバレッ
ジが悪く、アスペクト比の大きなコンタクトホールを完
全にアルミニウムで埋めることが難しいのに対して、Ｃ
ＶＤにより形成する多結晶シリコンによればコンタクト
ホールを完全に埋めることができるからである。

第４図はコンタクトホールなシリコンで埋めたＭＯＳ型
半導体装置の一例を示すものである。同図において、ａ
はシリコン半導体基板、ｂはゲート絶縁膜、Ｃは二層構
造のゲート電極の下層を成す多結晶シリコン層、ｄは同
じく上層を成すタングステンシリサーｒト層、ｅはシリ
コン酸化物からなるサイドウ・ｔ−ル、ｆはソース、ｇ
はドレイン、ｈは絶縁膜、ｉはソース電極取出し用のコ
ンタクトホール、ｊはコンタクトホールｉを埋める多結
晶シリコン、ｋは該多結晶シリコンｊとアルミニウム配
線との間の合金化を防止する例えばチタンナイトライド
からなるバリアメタル、１は上記アルミラム配線である
。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第４図］ ところで、上述のような電極取り出し方法によれば半導
体領域ｆ、ｇの表面に厚さが２０〜４０人程度のシリコ
ン酸化膜ｍが形成され、このシリコン酸化膜ｍによって
コンタクト抵抗が大きくなり、延い−Ｃは半導体素子の
高速性が低下するという問題かあった。

そのシリコン酸化膜ｍができる原因の一つは、コンタク
トホールの形成後半導体ウェハを洗浄しＣＶＤ装置に移
送するまでの間にコンタクトホールに露出する部分が酸
化されてしまうことにあるが、他の原因はＣＶＤ装置に
半導体クエへを入れた後多結晶シリコンをＣＶＤにより
成長させるまでの間に空気の巻き込みによりコンタクト
ホールに露出する部分が酸化されてしまうことにあり、
この空気の巻き込みにより生じるシリコン酸化膜の厚さ
が無視できない程厚くなり、コンタクト抵抗を大きくす
る大きな要因となる。

尚、コンタクト性の改善のために、コンタクトボールの
コンタクト部に高融点金属を形成し、それを熱処理によ
りシリサイド化し、しかる後コンタクトホールな多結晶
シリコンで埋める技術が特開昭６２−１５０７４３号公
報により公表されている。しかし、この技術は酸化膜に
よりコンタクト抵抗か大きくなるという問題を根本的に
解決するものではない。というのは、高融点金属のシリ
サイド膜の形成後、多結晶シリコンでコンタクトホール
を埋めるまでの間にシソサイド膜の表面にシリサイドＩ
摸中のシリコンの酸化によりシリコン酸化膜が生じてし
まうからである。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、コンタクトホールに露出するシリコン半導体ある
いはシリコンを含有する導電体の表面に生じた酸化膜に
よりコンタクト抵抗が大きくなることを防止することを
目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明半導体装置の製造方法は上記問題点を解決するた
め、コンタクトホールの形成後、シリコンよりも酸化物
の形成エネルギーの大きな元素（例えばチタン）からな
る還元用膜を形成し、次いで、シリコンでコンタクトホ
ールを埋めた後熱処理することにより還元用膜に酸化膜
を還元させることを特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明半導体装置の製造方法によれば、熱処理で還元用
膜によりシリコン酸化膜が還元されてしまうので、シリ
コン酸化膜が略消滅し、コンタクト抵抗が著しく低減す
る。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第３図］ 以丁、本発明半導体装置の製造方法を図示実施例に従っ
て詳細に説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｇ）は本発明半導体装置の製造方法
の一つの実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）半導体基板１の表面部に選択的に形成された半導
体領域２の表面が露出するように絶縁膜３にコンタクト
ホール４（径をφとする）を形成する。５は半導体領域
２のコンタクトホール４に開口する部分に自然に発生し
たシリコン酸化膜（膜厚２０〜４０人）である。第１図
（Ａ）はコンタクトホール４形成後の状態を示す。

（Ｂ）次に、スパッタリング法により同図（Ｂ）に示す
ように５０〜１０００人の厚さのチタン膜６を形成する
。このチタン膜６はシリコン酸化膜５を還元する還元用
膜として形成されたもので、材料としてチタンを選んだ
のはシリコンよりも酸化物の形成エネルギーが大きく且
つ導電率が高いからである。

（Ｃ）チタン膜６のスパッタリングに引き続いて減圧Ｃ
ＶＤにより同図（Ｃ）に示すように多結晶シリコン層７
を形成してコンタクトホール４を多結晶シリコン７で埋
める。形成する多結晶シリコン層７の厚さはコンタクト
ホール４の径φの２分の１（φ／２）よりも大きければ
コンタクトホール４内を完全に埋めることができる。

尚、チタン膜６の表面に非常に（ｆｆｉかながら酸化膜
が形成される虞れがあるが、チタン膜６の形成後真空中
を移送してＣＶＤ装置まで運びそこで多結晶シリコン層
７のＣｖＤを行えばチタン膜６表面に僅かな酸化膜が形
成されることすら完全に防止することができる。その点
で、半導体ウェハをチタン膜６の形成後真空中を移送し
てＣＶＤ装置まで運ぶようにすることがより好ましいと
いえる。

（Ｄ）次に、多結晶シリコン層７をエッチバックして同
図（Ｄ）に示すように多結晶シリコン層７がコンタクト
ホール４内にのみに残存する状態にする。

（Ｅ）次に、同図（Ｅ）に示すようにリンＰをイオン打
込みしてコンタクトホール４内の多結晶シリコン層７の
抵抗率を下げる。リンＰの打込量は例えばＩ　Ｘ　Ｉ　
Ｏ”ｃｍ−’程度である。

（Ｆ）イオン打込後、１１００℃の温度で１０秒間程度
熱処理することにより不純物の活性化を図ると共にチタ
ン膜６によるシリコン酸化膜５に対する還元を行わせる
。すると、チタン膜６によりシリコン酸化膜５が還元さ
れると共にチタン膜６とシリコンとが反応し、多結晶シ
リコン層７と半導体領域２との境界部にチタンシリサイ
ド膜８が形成される。このチタンシリサイド膜８は数１
００人程度の厚さを存する。

（Ｇ）その後、同図（Ｇ）に示すように、例えばチタン
等からなるバリア層９及びアルミニウム膜１０を形成し
、しかる後、該アルミニウム膜１０及びバリア層９をパ
ターニングする。

このような半導体装置の製造方法によれば、チタン膜６
がシリコンよりも酸化物形成エネルギーが大きいので、
リンＰのイオン打込み後の熱処理でシリコン酸化膜５が
チタンＷ；Ｊ６によって還元される。従って、コンタク
ト抵抗が小さくなるのである。尚、シリコンとでシリコ
ン酸化膜５を形成していた酸素はチタンと反応してチタ
ン酸化物ＴｉＯｘとなるが、このチタン酸化物Ｔ　ｉ　
Ｏｘは第２図に示すように数１００人程度Ｏ厚さのチタ
ンシリサイド膜８中に散在し、電流ｉ、ｉ、−・はその
チタン酸化物Ｔｉ０ｘｌｌ、１１、・−１を迂回して流
れることができるので、チタン酸化物ＴｔＯｘｌｌ、１
１、・・・の存在はコンタクト抵抗を大きくする要因に
はほとんどならないのである。即ち、シリコン酸化膜５
が電流経路を完全に遮ぎるように存在していた従来の場
合に比較してコンタクト抵抗は非常に小さくなるのであ
る。

尚、本実施例においては、還元用膜としてチタン膜６を
形成していたが、チタン膜以外にも還元用膜として形成
することができるものがある。例えば、ジルコニウムＺ
ｒやハフニウムＨｆがそれである。というのは、シリコ
ンの酸化物形成エネルギーが約７０キロカロリー／原子
であるのに対して、チタンが約１１０キロカロリー／原
子と形成エネルギーが高いが、ジルコニウムＺｒも約１
２５キロカロリー／原ｆと酸化物形成エネルギーが高い
し、更にハフニウムＨｆは約１３０キロカロリー／ｍ子
とやはり酸化物形成エネルギーが高いからであり、シリ
コンよりも酸化物形成エネルギーが大きければ還元作用
が期待できるのである。

尚、シリコン酸化膜の還元用膜による還元によりコンタ
クト抵抗を小さくすることができるという効果は第３図
に示すようにタングステンシリサイド膜１２ｂの電極取
り出しを行う場合にも得ることができる。遅生、ゲート
電極１２を多結晶シリコン層１２ａと、タングステンシ
リサイド膜１２ｂ等の高融点金属のシリサイド膜とで構
成するポリサイド技術が多く用いられるようになりだが
、そのシリサイド膜１２ｂの表面にもシリコン酸化膜５
が形成され、コンタクト抵抗が生じていた。しかし、本
発明によれば、このシリサイド膜１２ｂ表面のシリコン
酸化膜５も除去してコンタクト抵抗の低減を図ることが
できるものである。

勿論、多結晶シリコンからなる電極（例えばゲート電極
）あるいは抵抗体ｆｌＱの表面からの電極取り出しにも
本発明が効果を奏し得ることはいうまでもない。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明半導体装置の製造方法は、
絶縁膜にコンタクトホールを形成してシリコン半導体あ
るいはシリコンを含有した導電体の表面を露出させ、シ
リコンよりも酸化物の形成エネルギーの大きな元素から
なる還元用膜を少なくともコンタクトホールの露出部表
面に形成し、その後、該コンタクトホールを埋めるよう
にシリコン層を形成し、しかる後、該シリコン半導体あ
るいはシリコンを含有した導電体の表面に生じているシ
リコン酸化膜を熱処理により上記還元用膜に還元させる
ことを特徴とするものである。

従って、本発明半導体装置の製造方法によれば、熱処理
で還元用膜によりシリコン酸化膜が還元されてしまうの
で、シリコン酸化膜が略消滅し、コンタクト抵抗が著し
く低減する。

技術とその問題点を示す断面図である。

符号の説明 １．２．１２ｂ・・・半導体あるいはシリコンを含有し
た導電体、 ・絶縁膜、 ・コンタクトホール、 ・シリコン酸化膜、６・・・還元用膜、・多結晶シリコ
ン膜。

出　　願 人 ソニー株式会社

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）乃至（Ｇ）は本発明半導体装置の製造方法
の一つの実施例を工程順に示す断面図、第２図はコンタ
クト部の拡大断面図、第３図は本発明の別の通用部分を
示す断面図、第４図は従来＝「０ωさ −ぐｐ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜にコンタクトホールを形成してシリコン半
   導体あるいはシリコンを含有した導電体の表面を露出さ
   せ、 シリコンよりも酸化物の形成エネルギーの大きな元素か
   らなる還元用膜を少なくともコンタクトホールの露出部
   表面に形成し、 その後、上記コンタクトホールを埋めるようにシリコン
   層を形成し、 しかる後、上記シリコン半導体あるいはシリコンを含有
   した導電体の表面に生じているシリコン酸化膜を熱処理
   により上記還元用膜に還元させることを特徴とする半導
   体装置の製造方法