JPH0457323A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子の製造方法に係り、素子の電極を湿
式処理で形成するための方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体装置の金属電極形成方法は、特開昭５８−
１５８９１６号公報、特開昭５９−７２１３１号公報に
記載のように、真空中で金属を蒸気化して半導体表面に
堆積する真空蒸着法や、イオンを形成すべき金属材料の
ターゲットに打ち付け、スパッタ蒸発したターケラト金
属を半導体表面に沈着させて薄膜を形成するスパッタ蒸
着法、そして加熱された試料台に８１基板を設置して反
応ガスを流入し、化学反応あるいは熱分解によって生成
物を薄膜として半導体表面に形成するＣＶＤ法のように
、ドライ法による金属薄膜の形成が行なわれていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、全てドライ法によりパターンを形成し
ているが、■金属の形成を真空中で行なわなければなら
ず、装置が複雑かつ処理に時間を要する。■処理槽内の
汚染が大きいなどの問題があった。またこれらの方法は
シリコンウェハ表面の全面に一様に金属を蒸着及び沈着
させて形成するため、シリコンウェハ表面の任意の部分
に選択的に適当な量を正確に形成することができなかっ
た。また最近の高集積半導体装置では金属電極を形成す
るコンタクトホールのアスペクト比が大きくなったため
、段差のつき回り性が低下してきており、接続信頼性上
問題があった。

本発明の目的は湿式処理にてコンタクトホール部に正確
な電極形成を行う手段を提供することにより、簡単な設
備で簡便かつ低コストかつ汚染の少ない電極形成を可能
にするとともに、電極部での接続信頼性を向上し、高性
能な半導体素子の形成を可能にしようとするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、金属電極との接続部となるＳ
ｉ面が露出したＳｉウェハをＣｕイオン等を含有する希
フッ酸溶液中に浸漬し、Ｃｕ等とＳ１面の反応により該
Ｓｉ面上に析出せしめることにより、真空や大がかりな
成膜装置が不要な湿式処理により、簡便かつ清浄な条件
下で接続部のみに電極形成を可能にしたものである。

また接続用のコンタクトホールを有するＳｉウェハにあ
らかじめドーズ量１０１３−１０”　ｃＬｔｏｍ／　ｃ
ｘｎの希ガスイオンを照射し注入することにより、Ｓｉ
面に欠陥を形成し、希フッ酸に浸漬したときのＣｕ等の
析出核を緻密に分布せしめ、析出したＣｕ等とＳｉの密
着度を向上させたものである。

また開口した電極形成接続部がｎ型でかつ該ｒｌ領域が
Ｐ型頭域と接合を形成している場合、希フッ酸浸漬時に
半導体のバンドギャップエネルギ以上の二不ルギを有す
る光を照射することにより光起電力を生せしめ、ｎ型表
面層の電位を低下させることにより、Ｃｕ等の析出速度
を早めるものである。

また該希フッ酸溶液中にフッ化アンモニウムを１〜２０
％の濃度となるように添加することにより、該フッ酸溶
液に浸漬中にコンタクトホール周辺の層間絶縁膜に用い
られる酸化膜等がエツチングされ、形状に著しい変化を
きたすものを防止するものである。

またコンタクトホール形成時にウェハ面を被覆していた
ホトレジストを残存させたまま希フッ酸液に浸漬するこ
とにより、層間絶縁等のための酸化膜表面をフッ酸によ
るエツチングから防ぐものである。

またタングステンなどの選択ＣＶＤの前処理としてＣｕ
等のイオンを含んだフッ酸液中しこウェハを浸漬し、コ
ンタクトホール低面に薄い金属層を形成することにより
、ＣＶＤによる成膜時の選択性を向上させようとするも
のである。

〔作用〕

Ｃｕ等のＳｉより標準電極電位の高い金属イオンを含ん
だ希フッ酸中に金属電極を形成する際の接続面が開口露
出しているＳｉウェハを浸漬させる。

それによってＣｕ等は露出接続面のＳｉ上に酸化還元反
応により析出するので、ウェット処理による電極形成が
できる。

また希フッ酸溶液にウェハを浸漬する前に、ウェハに１
０”−１０１５ａｔｏｍ／　ａｎの希ガスイオンを打ち
込む。これにより、Ｓｉ面に適度な欠陥が形成され、希
フッ酸溶液に浸漬した際のＣｕ等の析出核が増加する。

これによりＳｉと金属の密着性が向上する。

また接続面がｎ型でかつ該ｎ領域がＰ型と接合を形成し
ているウェハをＣｕ等のイオンを含む希フッ酸液に浸漬
する際、半導体のパントギャップエネルギ以上の光を照
射する。これにより接合部を境に光起電力が発生し、ｎ
型表面の電位が低下するためＣｕ等の析出速度が早くな
る。

またＣｕ等を含んだフッ酸溶液にフッ化アンモニウムを
所定量添加する。これにより酸化膜に対するエツチング
速度が制御され、コンタクトホールの形状の変化を防止
できる。

またコンタクトホール形成時のホトレジストをそのまま
残存させる。これにより眉間絶縁膜などの酸化膜表面が
フッ酸から保護される。

またタングステンなどの選択ＣＶＤに先立ち、フッ酸溶
液中でコンタクトホール低面にＣｕを析出させる。Ｃｕ
はＳｉより酸化されにくいため、選択ＣＶＤの際の選択
性が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を金属イオンがＣｕである場合に
ついて図面を用いて説明する。

第１図は本発明に係る原理であるＣｕイオンを含んだ希
フッ酸中でのＳｉウェハ面へのＣｕ析出量の測定結果で
ある。Ｓｉ表面への吸着量が５ｉｎ２゜Ｓｉ、Ｎ４など
半導体装置を構成する他の物質面に比へて著しく多く、
ＣｕがＳｉ面に選択的に析出することは明らかである。

第２図はＣｕイオンを含んだ希フッ酸水溶液中にＳｉウ
ェハを浸漬したときのＳｉ面へのＣｕｔ！Ｔ畠量を経時
的に測定したものである。Ｓｉ表面に存在する自然酸化
膜が除去され、活性なＳｉ面が露出する１分前後を境に
Ｃｕの急速な析出があり、短時間で膜形成が進むことが
わかる。

第３図、は本発明の請求項目１に係る実施例の説明図で
ある。Ｓｉ基板１の表面を覆う層間絶縁膜２に穿たれた
コンタクトホール３を有する半導体ウェハ４をＣｕイオ
ンを１　ｐｐｍ以上含有する０、５％〜５％程度の濃度
の希フッ酸水溶液５に浸漬すると、コンタクトホール部
３にＣｕ６が選択的に析出し電極を形成する。析出を終
了したＳｉウェハ４は純水でリンスしてフッ酸分を除き
乾燥する。これによりコンタクトホール部にＣｕ電極６
が形成される。

第４図は希ガスイオン打込の効果に関する説明図である
。希フッ酸水溶液５に浸漬する前にイオン打込みを行っ
ていないＳｉウェハ４は、その表面の欠陥８の密度、固
定電荷分布結晶面などの表面状態により、第４図αに示
すように大きな粒子状にＣｕ６’　が析出することがあ
る。このためＡｒ等の希ガスイオンを１０１３〜１０１
５αｔｏｍ／ａｎ”程度照射すると、表面に適当な密度
で欠陥８が生成し。

第４図すに示すようしこ緻密にＣｕ６’が析出し、基板
１での接続部が機械強度、電気特性の両面で安定化し、
接続信頼性が向上する。

第５図は光起電力による電極形成促進方法の説明図であ
る。コンタクトホール３の露出したＳｉ面がｎ又はｎ＋
領域９である場合、該ｎ領域又はｎ゛とｎの連続領域が
第５図に示す様にＰ領域１０と接合１１を形成している
場合、希フッ酸水溶液５に浸漬したＳｉウェハ４に半導
体のバンドギャップエネルギ（Ｓｉの場合的１．１ｅｖ
）以上のエネルギを有する光１２を照射すると、接合部
１１を境にｎ領域９は負、Ｐ領域は正に電位がシフトし
て光起電力を生ずるため、開口したコンタクトホール３
のｎ領域９の表面へのＣｕイオンの析出が促進され、よ
り短時間でかつ正確にＣｕ電極６が形成される。

第６図はコンタクトホール及び酸化膜の変形防止方法の
効果を説明するための説明図である。

Ｓｉウェハ４の表面が酸化膜１３で覆われている場合、
希フッ酸５に浸漬したときに酸化膜１３がエツチングさ
れるため、浸漬時間に対しエツチング速度が早いとコン
タクトホール３′と酸化膜表面が第６図破線に示すよう
に変形する。希フッ酸水溶液にフッ化アンモニウムを１
〜２０％程度の濃度となる様添加することで、このエツ
チング量を自然酸化膜の厚さ程度に微量に制御できるの
で。

エツチングの影響なしにＣｕ電極６を形成できる。

第７図は酸化膜エツチング防止方法に関する説明図であ
る。Ｓｉウェハ４にコンタクトホール３を形成する場合
、コンタクトホール３外のＳｉウェハ４を被覆する各種
の膜１４を保護するために、コンタクトホール３以外の
ウェハ表面をホトレジスト１５で被覆する。このホトレ
ジスト１５をつけたままＣｕイオンを含んだ希フッ酸溶
液５に浸漬することにより、酸化膜等の表面被覆膜１４
をフッ酸５のエツチングから保護することができる。

第８図は選択ＣＶＤの前処理への応用に関する説明図で
ある。タングステンなどの金属電極を選択ＣＶＤで形成
することにより、請求項目１〜５のいずれかの方法でコ
ンタクトホール３にあらかじめ薄いＣｕ層６を形成する
ことにより、ＣＶＤにおけるＳｉの表面酸化膜による妨
害を除き選択性の高い電極１６が形成できる。

第９図は配線接続方法の説明図である。電極形成後Ａｌ
１７などの配線材料膜をスパッタリングなどにより形成
し、更に写真蝕刻法などにより配線を形成することで、
被覆段差性、接続信頼性の高い接続配線を形成できる。

以上述べてきたごとく、Ｃｕ等のイオンを含んだ希フッ
酸中にコンタクトホールが開口したウェハを浸漬するこ
とにより電極形成をウェット法で正確に形成できる。こ
のとき使われているイオンはＣｕにとどまらず、Ａｕ、
ＰｔなどのＳｉより標準電位の高い金属ならいずれも同
様の処理により電極形成が可能である。

〔発明の効果〕

本発明により、ウェット法で簡便、低コストかつ正確に
半導体装置のコンタクトホール部に金属電極を形成でき
、しかも希フッ酸により自然談化膜除去されている状態
で直接Ｓｉ面に電極が形成されるため、極めて高い接続
信頼性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法の原理説明
図、第２図は本発明に係る電極形成反応の速度図、第３
図は本発明に係る電極形成方法の説明図、第４図はイオ
ン打込みによる効果説明図、第５図は光起電力によるｎ
型領域への電極形成促進方法の説明図、第６図はフッ化
アンモニウムによるコンタクトホール及び酸化膜の変形
防止法の説明図、第７図は、ホトレジストにより酸化膜
エツチング防止を行う方法の説明図、第８図はタングス
テン等の選択ＣＶＤの前処理への応用説明図、第９図は
配線接続方法の説明図である。 １・基板、２・・酸化膜、３・・コンタクトホール、４
・・・Ｓｉウェハ、５　　Ｃｕイオンを含んだ希フッ酸
水溶液、６・・Ｃｕ電極、７　・フッ酸槽、８・欠陥、
９・・ｎ型領域、１０・Ｐ型頭域、１１・Ｐｎ接合部、
１２・・・光、１２′・光源、１３・酸化膜、１４・・
表面被覆膜、１５・・ホトレジスト、１６・・金属電極
、１７・・配線。 ｏ、ｓ−／−ＨＦｓ’Ｊ’、＆中のＣｃ東戻（ＰＰｆｉ
）第３図 第４図 蔓 ？ 図 ５憂Ｊ 時間 （分→ 第　５図 Ｃ＝二二二二Ｄり１２′ ＩＩ↓！＋＋ＬＬへｌｚ Ｉ 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板と金属配線回路の接続において、表面が
   絶縁膜で覆れ、かつその表面に接続用のコンタクトホー
   ルが基板面まで開けられている半導体ウエハを、Ｃｕ等
   のＳｉより標準電位の高いイオンを１〜ｐｐｍ以上含有
   する０．５〜５％程度の希フッ酸水溶液に浸漬し、接続
   部にＣｕ等を析出させ、金属電極を形成することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。 ２、開口した接続用のコンタクトホールを有する半導体
   基板にドーズ量１０＾１＾３〜１０＾１＾５ａｔｏｍ／
   ｃｍ＾２程度の希ガスイオンを打ち込みＣｕ析出核を形
   成した後、Ｃｕイオン等を含有する希フッ酸溶液に半導
   体ウエハを浸漬し、接続部にＣｕ等を析出させて金属電
   極を形成させ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、コンタクトホール部で開口している基板面がｎ型半
   導体で、かつ該ｎ型領域が同一基板内でＰ型領域と接合
   を形成し、該Ｐ型領域の一部又は該Ｐ型領域と接続する
   ｐｏｌｙ−Ｓｉ等の配線の一部が、基板を溶液に浸漬し
   たときに溶液と接するような構造を有する半導体ウエハ
   において、Ｃｕイオン等を含有する希フッ酸溶液に該ウ
   エハを浸漬したときに、半導体のバンドギャップ以上の
   エネルギを有する光を該ウエハに照射することにより光
   起電力を生起せしめ、ｎ型領域表面へのＣｕ等の析出を
   起こさせて接続電極を形成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。 ４、フッ化アンモニウムを濃度１〜２０％程度になるよ
   うに希フッ酸溶液に添加し、半導体基板を被覆する絶縁
   物がシリコンの酸化膜である場合、フッ酸による酸化膜
   エッチング速度を一定に制御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。 ５、コンタクトホール形成時に表面を被覆していたホト
   レジストを残存させたままＣｕイオン等を含んだ希フッ
   酸溶液に浸漬し、フッ酸のエッチング作用から絶縁層表
   面を保護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。 ６、請求項１、又は２、又は３、又は４、又は５のいず
   れかの方法により形成された電極を有することを特徴と
   する半導体素子。 ７、タングステン等の選択ＣＶＤによる電極形成の前処
   理において、請求項１、又は２又は３又は４の処理を行
   うことにより、選択成膜の選択性を向上させることを特
   徴とする成膜方法。 ８、電極形成後、Ａｌ等の金属膜を形成し、蝕刻法など
   により配線を形成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。 ９、請求項８により製造された半導体装置。