JPH043458A - 能動層積層素子用配線形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は能動層を積層して形成する能動層積層素子に関
し、特に能動層積層素子の配線形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、能動層を２層積層した素子の配線の形成は、以下
のように行なわれていた。第２図（ａ）〜（ｅ）は従来
技術により作製した能動積層素子の形成方法を工程順に
模式的に示した断面図である。

まず、素子分離酸化膜２が形成されたシリコン基板１上
に、ドレイン３．ソース４．ゲート５゜およびゲート配
線５ａからなる下層トランジスタを形成した後、全面に
第１の絶縁膜であるところの酸化膜６を形成する。次に
、平坦化剤を塗布し、平坦化剤、酸化膜６の等速エッチ
バックにより酸化膜６の表面を平坦化し後、酸化膜６上
に単結晶化したシリコン膜、多結晶シリコン膜を形成し
、これらの膜を用いてドレイン７、ソース８゜ゲート９
．およびゲート配線９ａからなる上層トランジスタを形
成し、全面に第２の絶縁膜であるところの酸化膜１０を
形成する。この結果、第２図（ａ）に示す形状のデバイ
スが得られる。

なお、上層、下層トランジスタのゲート９，５はこの部
分でコンタクトホールを形成することができぬため、ゲ
ート９，５から酸化膜６．素子分離酸化膜２上に延設し
たゲート配線９ａ、ゲート配線５ａ上にコンタクトホー
ルを形成する。また、これらゲート配線９ａ、ゲート配
線５ａは独立した配線として用いられることもある。

次に、第２図（ｂ）に示すように、下層トランジスタの
ソース４上の酸化膜１０，６に、フォトレジストを用い
た露光工程とドライエツチング工程により縦配線形成用
のコンタクトホールを形成する。

次に、このコンタクトホール中にタングステンをＣＶＤ
法で埋め込み、柱状タングステン１１を形成する。その
後、全面に窒化膜１２を形成し、柱状タングステン１１
上を覆う。この窒化膜１２は、以後のコンタクトホール
の形成のためのフォトレジスト処理工程中の酸処理にお
いて、柱状タングステン１１がエツチングされないよう
にするためである。次に、第２図（ｃ）に示すように、
ケート配線５ａ上の酸化膜１０．６に、フォトレジスト
を用いた露光工程とドライエツチング工程により縦配線
形成用のコンタクトホールを形成する。

続いて、このコンタクトホール中にタングステンをＣＶ
Ｄ法で埋め込み、柱状タングステン１１ａを形成する。

その後、全面に窒化膜１３を形成し、柱状タングステン
ｌｌａ上を覆う。次に、第２図（ｄ）に示すように、上
層トランジスタのソース８上の酸化膜１０に、フォトレ
ジストを用いた露光工程とドライエツチング工程により
縦配線形成用のコンタクトホールを形成する。

ひき続いて、このコンタクトホール中にタングステンを
ＣＶＤ法で埋め込み、柱状タングステン１１ｂを形成す
る。最後に、第２図（ｅ）に示すように、窒化膜１３．
１２をエツチング除去し、柱状タングステン１１．ｌｌ
ａ、ｌｌｂを露出させた後、アルミニウムを堆積し、パ
ターンニングして、配線１４を形成していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来例ては便宜上ソース４，５．およびゲート配線５ａ
に対する３種類のコンタクトホールの形成について説明
したが、従来の能動層積層素子では、コタクトホールを
その深さの違いにより、下層トランジスタのドレイン３
．ソース４と、下層トランジスタのゲート配１１５ａと
、上層トランジスタのドレイン７　ソース８．上層トラ
ンジスタのゲート配線９ａとに分類してコンタクトホー
ルの深さをそろえて、３種類のコンタクトホール形成と
柱状タングステン１１．ｌｌａ、ｌｌｂの形成をそれぞ
れ別々に行なう必要がある。このため、製造工程が長い
ものになり、それに伴ない素子性能の不具合が増加する
ことになる。

更に、コンタクトホール中にタングステンをＣＶＤ法て
埋め込む際に、ソース４．ゲート配線５ａ、ソース８の
シリコンが侵食され、ジャンクション耐圧の低下、ジャ
ンクションリークの増大、あるいは柱状タングステン１
１とソース４柱状タングステンｌｌａとゲート配線５ａ
、柱状タングステンｌｌｂとソース８のコンタクト抵抗
の変動などが発生しやすくなる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の能動層積層素子用配線形成方法は、能動層を積
層して形成する能動層積層素子の縦配線形成において、 穴の深さが異なる縦配線形成用のコンタクトホールを数
回のエツチングで形成し、全面にシリコン薄膜をＬＰＣ
ＶＤ法で堆積する工程と、全面に有機膜を塗布し、コン
タクトホール中以外の有機膜が除去されるまで有機膜に
対するエッチバックを行なう工程と、 シリコン薄膜をエツチング除去する工程と、コンタクト
ホール中に残った有機膜を除去し、シリコン薄膜上にタ
ングステン選択ＣＶＤ成長を行ない、コンタクトホール
中にタングステンを埋め込む工程とを含んでいる。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）〜（ｈ）は、本発明の一実施例を説明する
ための製造工程順の模式的な断面図である。本実施例に
おいては、第１．第２の絶縁膜としてはシリコン酸化膜
を、有機膜としてはフォトレジスト膜を用いた。

まず、シリコン基板１上にＬＯＣＯ８法により膜厚０．
８μｍの素子分離酸化膜２を形成した後、ゲート酸化膜
を介して膜厚０．５μｍの多結晶シリコンからなるゲー
ト５．および素子分離酸化膜２上にゲート５から延設し
たくあるいは独立の配線となる）膜厚０．５μｍの多結
晶シリコンからなるゲート５ａを形成し、続いて、不純
物を導入してドレイン３とソース４を形成し、下層トラ
ンジスタを形成する。

次に、全面に第１の絶縁膜であるところのシリコン酸化
膜からなる膜厚１，２μｍの酸化膜６を形成する。その
後、ポリスチレン溶液のスピン塗布と、ポリスチレンと
シリコン酸化膜の等速エッチバックにより酸化膜６の表
面を平坦化し、ケート配線５ａのコンタクト形成予定位
置上て酸化膜６の膜厚が０．２μｍになるようにする。

次に、酸化膜６上の上層トランジスタ形成領域に膜厚０
５μｍの多結晶シリコン膜を堆積し、これをレーザアニ
ール等の方法で単結晶化したシリコン膜に変換した後、
この上にゲート酸化膜を介して膜厚０．５μｍの多結晶
シリコンからなるケート９を形成するとともに、酸化膜
６上にゲート９から延設した（あるいは独立の配線とな
る）膜厚０、５μｍの多結晶シリコンからなるゲート配
線９ａを形成し、続いて、上述の単結晶化したシリコン
膜に不純物を導入してドレイン７とソース８とを形成し
、上層トランジスタを形成する。

続いて、全面に第２の絶縁膜であるところのシリコン酸
化膜からなる膜厚０．５μｍの酸化膜１０を堆積し、第
１図（ａ）に示す構造が得られる。

次に、ホールサイズが１．５μｍの縦配線形成用のコン
タクトホールの形成を行なう。まず下層トランジスタの
ソース４（あるいはドレイン３）の位置の深さ１．６μ
ｍのコンタクトホール、次に（下層トランジスタの）ゲ
ート配線５ａの位置の深さ０．７μｍのコンタクトホー
ル、最後に上層トランジスタのソース８（あるいはドレ
イン７、あるいはゲート配線９ａ）の位置の深さ０．５
μｍのコンタクトホールの形成を、フォトレジストを用
いた露光工程とドライエツチング工程で順次行ない、第
１図（ｂ）に示す形状に加工する。

その後、第１図（ｃ）に示すように、表面全体に膜厚０
．１μｍのシリコン薄膜１５をＬＰＣＶＤにより堆積す
る。

次に、フォトレジスト膜からなる有機膜１６を全面にス
ピン塗布する。スピン塗布した有機膜１６は、第１図（
ｄ）に示すように、３種類の深さのコンタクトホールを
埋め込み、かつその表面は平坦な形状になる。

次に、第１図（ｅ）に示すように、有機膜１６のエッチ
バックを行い、コンタクトホール中に入り込んだ以外の
有機膜１６を除去する。

その後、コンタクトホール中に残った有機膜１６をマス
クにしてシリコン薄膜１５のドライエツチングを行なう
。更に、コンタクトホール中に残った有機膜１６を除去
することにより、第１図（ｆ＞に示すように、コンタク
トホールの側壁および底面のみにシリコン薄膜１５が残
った形状が得られる。

次に、温度３００℃の環境で、Ｈ２をキャリアガスとし
た混合比１：１のＷＦ６とＳｉＨ４の混合ガスを用い、
タングステンのＣＶＤ成長を行なう。この条件において
は、タングステンはシリコン酸化膜上には成長せずにシ
リコン膜を侵食しながらシリコン膜の存在したところの
みに堆積することになる。そのため、コンタクトホール
中のタングステンの堆積は、コンタクトホールの側壁お
よび底面のシリコン薄膜１５を発生核として成長するこ
とにより進行する。コンタクトホール中の柱状タングス
テン１７．１７ａ、１７ｂが形成されたときに、シリコ
ン薄膜１５が侵食により無くなるようにこの膜厚を設定
しておけば、コンタクトホールの深さが異なっても、第
１図（ｇ）に示すように、全てのコンタクトホール中に
同時に柱状タングステン１７．１７ａ、１７ｂを形成す
ることができる。

最後に、第１図（ｈ）に示すように、アルミニウムを堆
積、パターンニングして配線１４を形成する。

なお、本実施例においては、第１および第２の絶縁膜と
してシリコン酸化膜を用いたが、他の種類の絶縁膜を用
いても構わない。また、有機膜としてフォトレジスト膜
を用いたが、シリコン薄膜１５のエツチングに際してマ
スクになるものであれば、他の有機膜を用いても構わな
い。

また、本実施例では３種類の深さの異なるコンタクトホ
ールに対する例であるが、深さの異なるコンタクトホー
ルの種類の数が増加しても、本発明は適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、深さの異なるコンタクト
ホール中の柱状タングステンを一度だけのタングステン
ＣＶＤで形成できるのて、製造工程の簡略化、短時間化
が行なえ、その結果、製造工程の長さとともに増大する
素子性能の不具合を低減させることに、有効に機能する
。

更に、コンタクトホール中にタングステンを埋め込む際
に、コンタクトホールの底面に存在するシリコン薄膜が
ソース、ドレイン、ゲート配線のシリコンの侵食、破壊
を防止することになり、タングステン成長時のタングス
テンによるシリコンの侵食により発生するジャンクショ
ン耐圧の低下、ジャンクションリークの増大、および柱
状タングステンとソース、ドレイン、ゲート配線との間
のコンタクト抵抗の変動などを、抑制することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｈ）は本発明の一実施例を説明するた
めの製造工程順の模式的な断面図、第２図（ａ）〜（ｅ
）は能動層積層素子の従来の形成方法を示す製造工程順
の模式的な断面図である。 １・・・シリコン基板、２・・・素子分離酸化膜、３゜
７・・・ドレイン、４．８・・・ソース、５．９・・・
ゲート５ａ、９ａ・・・ゲート配線、６．１０・・・酸
化膜、１１、ｌｌａ、ｌｌｂ、１７．１７ａ、　１７ｂ
−柱状タングステン、１２．１３・・・窒化膜、１４・
・・配線、１５・・・シリコン薄膜、１６・・・有機膜
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　能動層を積層して形成する能動層積層素子の縦配線形
   成において、 穴の深さが異なる縦配線形成用のコンタクトホールを数
   回のエッチングで形成し、全面にシリコン薄膜をＬＰＣ
   ＶＤ法で堆積する工程と、 全面に有機膜を塗布し、前記コンタクトホール中以外の
   前記有機膜が除去されるまで前記有機膜に対するエッチ
   バックを行なう工程と、 前記シリコン薄膜をエッチング除去する工程と、 前記コンタクトホール中に残った前記有機膜を除去し、
   前記シリコン薄膜上にタングステン選択ＣＶＤ成長を行
   ない、前記コンタクトホール中にタングステンを埋め込
   む工程とを含むことを特徴とする能動積層素子用配線形
   成方法。