JPH03219625A - 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】 ［概　要〕 半導体装置の製造方法、特に半導体基板面を表出するコ
ンタクト窓に高融点金属からなる引出し電極を形成する
方法の改良に関し、 コンタクト窓内に表出する半導体基体面に自然酸化膜除
去によって生ずるダメージを均一化し、高融点金属薄膜
の化学気相成長に際して上記半導体基体面が部分的に異
常に侵食されるのを防止することを目的とし、 半導体基板上を覆う絶縁膜に形成した開孔内に表出する
該半導体基板面上に選択的に高融点金属薄膜を形成する
に際して、該半導体基板を酸化性の薬液に浸漬して該絶
縁膜の開孔内に表出する半導体基板面に酸化被膜を形成
した後、該半導体基板を気密容器内に収容し、減圧下に
おけるドライエツチングにより該絶縁膜の開孔内に表出
する半導体基板面の該酸化被膜を除去し、次いで該被処
理基板を引続き大気から遮断された状態で減圧下にある
化学気相成長装置内に移送し、該絶縁膜の開孔内に表出
する半導体基板面に高融点金属薄膜を選択的に化学気相
成長せしめる工程を有し構成される。

（産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法、特に半導体基板面を表
出するコンタクト窓に高融点金属からなる引出し電極を
形成する方法の改良に関する。

高集積化される半導体装置においては、コンタクト窓の
段差部における配線の断線を防止するために、コンタク
ト窓内に半導体基板面からの引出し電極を埋め込んで配
線接続面の平坦化を図る構造が用いられる。この引出し
電極にはで近時低比抵抗の電極材料として高融点金属が
用いられ始めているが、この高融点金属による引出し電
極には、形成時に半導体基板内に深く食い込んで、そこ
に形成されている接合を劣化せしめるという問題があり
、改善が望まれている。

［従来の技術］ 上記高融点金属引出し電極は、半導体基板上を覆う絶縁
膜にコンタクト窓を形成した後、このコンタクト窓内に
表出する半導体基板面上に選択的に高融点金属層を化学
気相成長せしめることによって形成されるが、この気相
成長に際し、上記半導体基板面上に自然酸化膜が存在す
るとコンタクト抵抗が著しく増大するという問題を生ず
る。

そこで成長の前処理として当初は、弗酸（ＨＦ）による
洗浄が用いられていたが、この方法によると弗酸処理を
終わって水洗及び乾燥を行っている間に大気に触れて再
び自然酸化膜が形成されるので、思うようなコンタクト
抵抗の低減が得られないという問題があった。

そこで近年では、自然酸化膜を除去した後に基板を大気
に触れさせないために、成長装置と気密に連結された真
空容器内で行うことができるドライプロセスによる成長
前処理によって自然酸化膜を除去する方法が用いられる
ようになっている。

このドライプロセスによる前処理（ドライ前処理）を用
いる高融点金属薄膜の選択成長は、従来以下に第３図（
ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する方法で行われていた。

第３図（ａ）参照 即ち、不純物拡散領域５２が形成されたシリコン（Ｓｉ
）基板５１上を覆って形成された絶縁膜５３に、先ず通
常のフォトリソグラフィにより前記拡散領域５２を表出
するコンタクト窓５４を形成する。ここで表出する拡散
領域５２の表面には自然酸化膜５５が形成される。この
自然酸化膜５５の厚さは拡散領域５２面の状態により均
一の厚さにはならない。

第３図（ｂ）参照 次いで上記基板を、ロードロック室を介し化学気相成長
装置に気密に接続されたドライエツチング装置内に挿入
し、３弗化窒素（ＮＦ３）　、４弗化炭素（ＣＦ４）　
、６弗化硫黄（ＳＦ、）等の弗素系のエツチングガスを
用い１００　ｍＴｏｒｒ程度の減圧中におけるプラズマ
エツチングにより、前記拡散領域５２面上の自然酸化膜
５５を除去する。

第３図（Ｃ）参照 次いで上記ドライ前処理の終わった基板を、別のロード
ロック室を介し、外気に触れさせずに化学気相成長装置
内へ送り込み、ＷＦ、と５ｉＨｎとの混合ガスを成長ガ
スとする通常の化学気相成長法により、前記コンタクト
窓５４内に表出する不純物拡散領域５２上に、高融点金
属の例えばタングステン（匈）層からなる引出し電極５
６を形成する方法であった。

（発明が解決しようとする課題］ しかし上記従来の方法によれば、前述のように自然酸化
膜５５の膜厚が一様でなく、またドライ前処理における
自然酸化膜５５とその下部の不純物拡散領域５２との間
のエツチングの選択比が余り大きくとれないために、自
然酸化膜５５を完全に除去した段階で、第３図（ｂ）に
示すように、自然酸化膜５５の薄かった領域にオーバエ
ツチングによる凹部５７が形成される。

そしてこの凹部５７内に表出する不純物拡散領域５２面
は、上記オーバエツチングによって大きなダメージを受
けているために、−層の化学気相成長に際して、第３図
（Ｃ）に示したように、前記凹部５７内における反応速
度が異常に速くなり、不純物拡散領域５２が異常に深く
浸食され（５日は浸食部を示す）、不純物拡散領域５２
の接合５９或いはその近傍の深さにまで達して、接合リ
ークや電界集中の原因になって素子の信頼性が低下する
という問題があった。

また前記ドライ前処理において自然酸化膜の厚い領域が
部分的に除去しきれなかった際にも、完全に除去された
部分に上記同様の異常浸食が起こり、同様に素子の信頼
性低下を招いていた。

そこで本発明は、コンタクト窓内に表出する半導体基体
面の自然酸化膜除去によって生ずるダメージを均一化し
、高融点金属薄膜の化学気相成長に際して上記半導体基
体面が部分的に異常に浸食されるのを防止することを目
的とする。

（課題を解決するための手段］ 上記課題は、半導体基板上を覆う絶縁膜に形成した開孔
内に表出する該半導体基板面上に選択的に高融点金属薄
膜を形成するに際して、該半導体基板を酸化性の薬液に
浸漬して該絶縁膜の開孔内に表出する半導体基板面に酸
化被膜を形成した後、該半導体基板を気密容器内に収容
し、減圧下におけるドライエツチングにより該絶縁膜の
開孔内に表出する半導体基板面の該酸化被膜を除去し、
次いで該被処理基板を引続き大気から遮断された状態で
減圧下にある化学気相成長装置内に移送し、該絶縁膜の
開孔内に表出する半導体基板面に高融点金属薄膜を選択
的に化学気相成長せしめる工程を有する本発明による半
導体装置の製造方法によって解決される。

［作　用〕 硝酸（ＨＮＯ３）や過酸化水素（Ｈ２０□）等の酸化性
を有する薬液にシリコン（Ｓｉ）基板を浸漬すると、Ｓ
ｔ基板の表面には１０Å以下ともいわれる非常に薄いレ
ヘルで酸化被膜が形成される。この薬液による酸化は酸
素（０□）の半導体表面への吸着によって起こり、表層
部のＳｉと０２が結合し、この５ｉｎ２分子で表面が覆
われた時点で反応の進行は停止されるので、上記のよう
に極めて薄く且つ均一な厚さを有する膜となる。

本発明はこのことを利用し、コンタクト窓内に表出し不
均一な厚さの自然酸化膜が形成されているＳｉ面に、上
記酸化性を有する薬液によって前記自然酸化膜を含む均
一な厚さの酸化被膜を形成させ、この均一な厚さを有す
る酸化被膜をドライエツチング手段で除去することによ
って、前記自然酸化膜を含む酸化被膜除去後のＳｉ面の
平坦化を図り、且つＳｉ面が受けるダメージを均一化す
る。

これによって、このＳｉ面上に高融点金属薄膜を気相成
長する際に、部分的にＳｉ面が異常に深くな侵食される
ことが防止されるので、コンタクト窓の下部に形成され
ている接合に電界集中や損傷によるリーク電流を発生さ
せることがなくなる。

［実施例］ 以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明の方法の一実施例の工程断面図全図を通
じ同一対象物は同一符合で示す。

第１図（ａ）参照 本発明により、タングステン（−）引出し１穫を有しこ
れによってコンタクト窓部の平坦化が図られる例えばＭ
ＯＳＦＥＴを形成するに際しては、通常のＭＯＳＦＥＴ
の製造方法に従って、例えばｐ−型Ｓｉ基板１の表面部
に形成されたｐ型チャネルストッパ２を下部に有するフ
ィールド酸化膜３によって素子形成領域４が画定表出さ
れ、この素子形成領域４上にデー１酸化膜５が形成され
、このゲート酸化膜５上に素子形成領域４を横切るゲー
ト電極６が形成され、このゲート電極６をマスクにして
イオン注入によりｎ゛型のソース領域７Ｓ及びドレイン
領域７Ｄが形成され、表出するゲート酸化膜５を除去し
た後Ｓｉ表出面に不純物ブロック用酸化膜８が形成され
、この基板上に燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）等の眉間絶縁膜
９が形成され、この眉間絶縁膜９及びその下部の不純物
ブロック用酸化膜８を貫いてソース領域７Ｓ及びドレイ
ン領域７Ｄを表出するコンタクト窓１０Ｓ及び１００が
形成された被処理基板を用いる。なおここで、コンタク
ト窓ｌＯ８及び１００内に表出するソース領域７Ｓ及び
ドレイン領域７Ｄの表面には、部分的に厚さのことなる
自然酸化膜１１１が形成されている。

第１図（ｂ）参照 次いで上記被処理基板を、例えば５０°Ｃ程度に加熱し
た濃硝酸（ＨＮＯ３）中に１００分程浸漬した後、この
基板を水洗し、例えばスピン乾燥法により乾燥する。上
記ＨＮＯ３浸漬により、コンタクト窓１０Ｓ及び１００
内に表出するソース領域７Ｓ及びドレイン領域７Ｄの表
面には、自然酸化膜１１１を包含した薬液酸化による１
０人若しくはそれ以下の薄い均一な厚さを有する酸化被
膜１１が形成される。なお酸化被膜１１は大気中に放置
しても上記一定の厚さより厚く成長することはない。

そして以後の工程は、例えば第２図に模式的に示す半導
体製造装置を用いて行う。なお第２図において、２１は
被処理基板、２２はドライ前処理室、２３はエツチング
ガス導入口、２４Ａ　、２４Ｂ　、２４Ｃは真空排気口
、２５はターゲット電極、２６は対向電極、２７はロー
ドロツタ室、２８は化学気相成長室、２９は成長ガス導
入口、３０は基板ステージ、３１はヒータを示している
。

第１図（Ｃ）及び第２図参照 即ち前記薬品酸化、洗浄、乾燥処理の終わった被処理基
板２１を製造装置のドライ前処理室２２のターゲット電
極２５上に載置し、この前処理室２２内に３弗化窒素（
ＮＦ３）　／水素（８り＝１０／１０００　（ＳＣＣＨ
〕の混合ガスをエツチングガス導入口２３から流入し、
所定の真空排気を行って室内を１００　ｍ　Ｔｏｒｒ程
度の上記エツチングガス圧に保った状態で、ターゲット
電極２５と対向電極２６間に例えば１３．５６ＭＨｚ、
５０〜１００一程度の高周波電力を印加し、前記コンタ
クト窓１０Ｓ　、　１００内のソース領域７Ｓ及びドレ
イン領域７Ｄ面に形成した酸化被膜１１を３０ｓｅｃ程
度プラズマエツチングして除去する。ここで、前述のよ
うに酸化被膜１１は均一な厚さを有するので、酸化被膜
１１が除去されて表出されるソース領域７Ｓ及びドレイ
ン領域７Ｄの表面はダメージ量が均一な平坦な面になる
。

第１図（ｄ）及び第２図参照 次いで上記酸化被膜１１の除去された被処理基板２１を
真空に排気されているロードロック室を介して、例えば
６弗化タングステン（ＷＦ６）　／モノシラン（ＳｉＨ
４）　＝１０／　７．５　　（ＳＣＣＭ）の混合ガスか
らなる成長ガスが流入され、所定の真空排気により上記
成長ガス圧が１００ｍ　Ｔｏｒｒ程度に維持されている
化学気相成長室２８の基板ステージ３０上に移送し、こ
こで被処理基板２１を３２０°Ｃ程度に３分程度加熱し
、被処理基板２１面の層間絶縁膜９に形成されたコンタ
クト窓１０Ｓ　、　１００内に表出するソース領域７Ｓ
及びドレイン領域７Ｄの表面に選択的に厚さ５０００人
程度ＯＨ層１２を成長させ、この一層１２からなるソー
ス引出し電極１１２Ｓ及びドレイン引出し電極１１２Ｄ
が完成する。

なお上記化学気相成長に際して、前述のように酸化被膜
１１を除去してコンタクト窓１０Ｓ及びｌＯＤ内に表出
せしめられたソース領域７Ｓ及びドレイン領域７Ｄの表
面は均一にダメージを受けた平坦な面を有するので、−
層１２は平坦な底面を維持して成長し、従来のようにソ
ース、ドレイン領域７Ｓ、７Ｄ内へ部分的に深く食い込
んで行く異常浸食が起ることはない。

以後図示しないが、上記ソース引出し電極１１２Ｓ及び
ドレイン引出し電極１１２Ｄ等に接続する例えばアルミ
ニウム配線の形成、被覆絶縁膜の形成等がなされて、本
発明の方法を用いた高融点金属引出し電極を有するＭＯ
ＳＦＥＴが完成する。

なお、上記実施例においては絶縁膜の開孔内に表出する
Ｓｉ面に選択的に成長せしめる高融点金属引出し電極に
−を用いたが、本発明の方法は上記引出し電極にモリブ
デン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等、
他の高融点金属を用いる際にも適用される。

また、エツチングガス、成長ガスの種類、組成等も上記
実施例に限られるものではない。

第３図（ａ）〜（Ｃ）は従来方法の工程断面図である。

［発明の効果］ 以上説明のように本発明によれば、半導体基板上を覆う
絶縁膜に形成したコンタクト窓内に表出する半導体基板
面に高融点金属薄膜を気相成長させる際、上記半導体基
板面が部分的に深く異常浸食されることが防止されるの
で、コンタクト窓の下部に形成されている接合に電界集
中や損傷によるリーク電流を発生させることがなくなる
。

従って本発明は、高融点金属引出し電極を用いる高集積
度の半導体装置の歩留り及び信頌性向上に寄与するとこ
ろが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、 第２図は本発明の方法に用いる半導体製造装置の一例の
模式構成図、 図において、 ｌはｐ”型Ｓｉ基板、 ２はｐ型チャネルストッパ、 ３はフィールド酸化膜、 ４は素子形成領域、 ５はゲート酸化膜、 ６はゲート電極、 ７Ｓはｎ・型ソース領域、 ７Ｄはｎ＋型トドレイン領域 ８は不純物ブロック用酸化膜、 ９は眉間絶縁膜、 １０Ｓ　、１００はコンタクト窓、 １１は酸化被膜 １２は一層、 １１１は自然酸化膜、 １１２Ｓはソース引出し電極、 １１２Ｄはドレイン引出し電極 を示す。 本発明の方法の一笑施例の工理ｖｒ遣冒第　］　区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板上を覆う絶縁膜に形成した開孔内に表出する
   該半導体基板面上に選択的に高融点金属薄膜を形成する
   に際して、 該半導体基板を酸化性の薬液に浸漬して該絶縁膜の開孔
   内に表出する半導体基板面に酸化被膜を形成した後、 該半導体基板を気密容器内に収容し、減圧下におけるド
   ライエッチングにより該絶縁膜の開孔内に表出する半導
   体基板面の該酸化被膜を除去し、次いで該被処理基板を
   引続き大気から遮断された状態で減圧下にある化学気相
   成長装置内に移送し、該絶縁膜の開孔内に表出する半導
   体基板面に高融点金属薄膜を選択的に化学気相成長せし
   める工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。