JPH05167007A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH05167007A
JPH05167007A JP3352266A JP35226691A JPH05167007A JP H05167007 A JPH05167007 A JP H05167007A JP 3352266 A JP3352266 A JP 3352266A JP 35226691 A JP35226691 A JP 35226691A JP H05167007 A JPH05167007 A JP H05167007A
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conductive
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラグイン方式の半導体装置において,導電
性プラグと接続されるTFTのドレーンまたはソースの
接触面を大きくし接触抵抗値を低下させる。 【構成】 本発明のプラグイン方式半導体装置において
は,導電性プラグ39と直交方向に接続されるTFTの
TFTドレーン領域33を構成するポリシリコン層23
を,導電性プラグ39と接触する近傍のみをポリシリコ
ン肉厚層23Aとしてのみ厚く形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関するもの
であり,特に,多層の導電層を直交する方向から導電性
接続部材(プラグ)を介して接続する3次元LSIなど
のプラグイン方式半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子(デバイス)の微細化に伴
い,トランジスタの多層化の研究,開発が活発に行われ
ている。特に,メモリ素子における集積度を向上させる
ために,スタテックRAMにおいては,高抵抗部をTF
T(Thin Film Transistor)で形成してセル面積を縮小
する試みがなされている。たとえば,平面部のみにCM
OSを形成する場合には約80%のセル面積の縮小が可
能といわれている(たとえば,Oyama, et.al,"HIGH DEN
SITY DUAL-ACTIVE-LAYER(DUAL)-CMOS STRUCTURE WITH V
ERTICAL TUNGSTEN PLUG-IN WIRINGS,IEDM90-59-62, 参
照) 。
【0003】さらにセル面積の縮小化を図ることが試み
られており,図8に示すようなプラグイン方式の構造に
すると,約56%の縮小が可能であることが報告されて
いる(上記文献参照)。図8に示すプラグイン方式半導
体記憶装置は,半導体基板1に形成されたソース領域
3,ドレーン領域5およびゲート層15を有する通常の
MOSトランジスタと,その上部のポリシリコン層23
にに形成されたソース領域31,ドレーン領域33およ
びゲート層29を有するTFTとを有し,上部導電層4
1からドレーン領域5まで,たとえば,タングステンの
導電性プラグ71が貫挿されている。上部導電層41に
接続された導電性プラグ71は,半導体層であるTFT
ドレーン領域33に接触し,MOSドレーン領域5に接
続されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】導電性プラグ71がT
FTドレーン領域33と接触する接触面Cは導電性プラ
グ71の円周と,ポリシリコン層23の厚さTで規定さ
れる。すなわち,コンタクト面積は,4x(厚さT)x
(導電性プラグ71の直径D)に比例する。図9に示す
ように,コンタクト抵抗値は厚さTに反比例する。厚さ
TはTFTを形成するポリシリコン層23の厚さである
から非常に薄い。その結果,接触抵抗値が大きいという
問題がある。この接触抵抗値の大きさは動作速度を低下
させ,駆動電力を増大させる。以上の例は3次元構造の
LSIとして,プラグイン方式半導体記憶装置を例示し
たが,導電性プラグと半導体層との接続に限らず,導電
性プラグを用いて垂直方向に導電層と接続を行う場合も
上記同様の問題に遭遇する。
【0005】本発明はプラグイン方式の構造を採用した
場合でも,導電性プラグ(導電性部材)と半導体層また
は導電層との接触抵抗値を増大させない半導体装置を提
供することを目的とする。また本発明は上記半導体装置
を製造する方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め,本発明によれば,導電層または半導体層をこれらの
層と直交する方向から導電性接続部材によって接続する
半導体装置において,上記導電性接続部材と直交して接
続される導電層または半導体層のうち上記導電性接続部
材に接続する部分の周囲のみ厚く形成されてなることを
特徴とする半導体装置が提供される。特定的には,上記
半導体装置は上記導電性接続部材と接触する部分を有す
るトランジスタを有し,上記導電性接続部材と直交方向
に接続される半導体層はトランジスタのドレーンまたは
ソースである。
【0007】また本発明によれば,上記半導体装置を製
造する第1の形態とし,導電層または半導体層をこれの
層と直交する方向から導電性接続部材で接続する半導体
装置の製造方法において,上記導電性接続部材と直交す
る方向で接続される導電層または半導体層の厚さを所定
の厚さより厚く形成し,上記導電性接続部材が接続され
る部分の周囲の導電層または半導体層の厚さを所定の厚
さに維持したまま,その他の部分を通常の厚さまで薄く
形成し,上記導電層または半導体層のうち上記導電性接
続部材が接続される近傍のみ厚く形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法が提供される。
【0008】さらに本発明によれば,上記半導体装置を
製造する第2の形態として,導電層または半導体層をこ
れらの層と直交する方向から導電性接続部材で接続する
半導体装置の製造方法において,上記導電性接続部材が
接続される導電層または半導体層が形成される領域のう
ち上記導電性接続部材と接触する部分の周囲を凹陥さ
せ,該凹陥部に導電性材料または半導体材料を充満させ
るとともに他の領域を所定の厚さ薄膜化して所定の厚さ
の導電層または半導体層を形成し,上記導電層または半
導体層のうち上記導電性接続部材が接続される近傍のみ
厚く形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が
提供される。
【0009】
【作用】導電性接続部材と接触する半導体層または導電
層の厚さをその導電性接続部材と接触する近傍のみ厚く
して,導電性接続部材との接触面を大きくする。これに
より,接触面におけるコンタクト抵抗値が小さくなる。
さらに,接触面が大きいので機械的,電気的に安定な接
続が確立される一方,半導体層または導電層の厚さは導
電性接続部材と接触する部分の近傍のみ厚くしているの
で,半導体装置として,平面方向および高さ方向の寸法
が問題とはならない。
【0010】上記導電性接続部材と接触する半導体層ま
たは導電層の肉厚部の形成方法は,予め厚く形成し,そ
の後,上記導電性接続部材の接触する近傍を除いて,そ
の回りをエッチバックして薄くする。あるいは,上記肉
厚部の形成は,上記半導体層または導電層が形成される
層の下部層に凹陥部を形成して,その凹陥部に充満さ
せ,さらに下部層の上に上記半導体層または導電層を厚
めに形成し,一律にエッチバックさせ,凹陥部の半導体
層または導電層の厚さが厚くなるようにして形成する。
【0011】
【実施例】本発明の半導体装置の好適実施例として,S
RAMなどのプラグイン方式半導体記憶装置を述べる。
図1は本発明の実施例としてのプラグイン方式半導体記
憶装置の部分断面図である。このプラグイン方式半導体
記憶装置は,図8に示したプラグイン方式半導体記憶装
置と同様,下層にソース領域3,ドレーン領域5および
ゲート層15を有する通常のMOSトランジスタが形成
され,その上層にポリシリコン層23に形成されたソー
ス領域31およびドレーン領域33,および,ゲート層
29を有するTFTが形成されている。ドレーン領域5
と上部導電層41とがタングステンの導電性プラグ(導
電性部材)39で接続され,その中間のTFTドレーン
領域33が接触面Aで導電性プラグ39に接続されてい
る。
【0012】図1に示したプラグイン方式半導体記憶装
置の構造について詳細に述べる。半導体基板1の上に形
成されたLOCOSとしてのSi O2の絶縁層9A,9
Bの間に,その上にSi O2 の第3の絶縁層17A,1
7Bが形成され半導体基板1に形成されたソース領域3
およびドレーン領域5,さらに,Si O2 の第1の絶縁
層7,および,Si O2 の側壁11A,11Bで絶縁さ
れたMOSトランジスタゲート層15からなる通常のM
OSトランジスタが形成されている。このMOSトラン
ジスタの上にTEOS−Si O2 層19,さらにBPS
G層21が形成されている。BPSG層21の上にポリ
シリコン層23が形成され,MOSトランジスタのソー
ス領域3およびドレーン領域5のそれぞれの上部に,T
FTソース領域31およびTFTドレーン領域33が形
成されている。またMOSトランジスタゲート層15の
上部にTFTゲート層29が形成され,TFTが形成さ
れている。TFTは上層膜35で被覆され,上層膜35
の上に上部導電層41が形成され,この上部導電層41
とドレーン領域5との間に後述するプラグインコンタク
ト穴37が形成され,そこにタングステンが導入されて
導電性プラグ39が形成されている。
【0013】接触面Aが形成される部分であるポリシリ
コン肉厚層23Aの厚さt1は,その他のポリシリコン
層23の厚さt2よりも厚く形成されており,図8に示
した接触面Cより大きな接触面が確立されている。その
結果として,本発明の主題としている導電性プラグ39
とポリシリコン層23とのコンタクト抵抗値は,従来に
比較して小さくなる。一方,ポリシリコン層23にポリ
シリコン肉厚層23Aを形成しても,導電性プラグ39
と接触する近傍が部分的に厚く形成されているだけであ
り,プラグイン方式半導体記憶装置の平面の寸法が大き
くなったり,高さ方向の寸法が大きくなることもない。
【0014】図2〜図4を参照して,図1に示したプラ
グイン方式半導体記憶装置の第1の製造方法について述
べる。図2(A)に示すように,MOSトランジスタが
形成される。その概要を述べると,シリコン半導体基板
1の上部にLOCOS絶縁層9A,9Bを形成し,ゲー
ト層15,および,ソース領域3およびドレーン領域5
の拡散層を形成してMOSトランジスタを形成する。図
2(B)に示すように,前面に50Å程度の厚さの熱酸
化膜(Si O2 )を形成する。次いで,前面にチタン
(Ti)をデポジションする。さらに2ステップ・アニー
ル法によりソース領域3およびドレーン領域5の上のみ
にSITOX(Silicidation Through Oxide)−TiS
2 (チタンシリサイド)で被覆する。SITOX−T
iSi2 はAlに対してバリヤ性を有する膜である(た
とえば,Sumi,et.al,"New Soilicidation Technology b
y SITOX(Silicidation Through Oxide) and Its Impact
on Sub-half Micron MOS Device",IEDM 90-249 -252,1
990,IEEE)。その後,図2(C)に示すように,層間膜
を形成する。この例では,2層メタル間絶縁膜として知
られているTEOS(Tetraethoxysilane)を用いたCV
D酸化膜19(TEOS−Si O2 層19)をデポジシ
ョンして平坦化し,さらにその上にBPSG層21をデ
ポジションして層間膜を形成する。その後,層間膜のパ
ターニングを行う。
【0015】図2(D)に示すように,BPSG層21
の上にTFT形成用のポリシリコン層23を厚く,たと
えば,その厚さt1を3000〜4000Å程度にデポ
ジションし,パターニングする。次いで,図3(A)に
示すように,図1に示したプラグインコンタクト部をレ
ジスト膜25で被覆して,前面をエッチバックして,レ
ジスト膜25の下部を除くその他のポリシリコン層23
を厚さt2,たとえば,800Å程度まで薄くする。こ
れにより,TFTのTFTソース領域31およびTFT
ドレーン領域33となるポリシリコン層23の厚さはt
2になるが,ポリシリコン層23のプラグインコンタク
ト部となるポリシリコン肉厚層23Aの厚さt1は30
00Å〜4000Å程度に維持されている。
【0016】図3(B)に示すように,ポリシリコン肉
厚層23A以外の部分のポリシリコン層23を薄膜化し
て,再度パターニングしてTFT用基板を形成する。薄
膜化ポリシリコン層23の上にTFT絶縁層27を形成
し,その上にTFTゲート層29を形成する。その後,
領域31,33にイオンを注入して,TFTドレーン領
域33およびTFTドレーン領域33を形成する。
【0017】図4(A)に示すように,TFTの上に上
部層間膜35を形成する。さらに,上記ポリシリコン肉
厚層23Aを貫通するようにパターニングして,プラグ
インコンタクト穴37を形成する。このプラグインコン
タクト穴37は,上部層間膜35,ポリシリコン肉厚層
23A,BPSG層21,TEOS−Si O2 層19,
および,第3の絶縁層17Bを貫通してドレーン領域5
に至る。
【0018】図4(B)に示すように,プラグインコン
タクト穴37に,タングステン(W)をCVDデポジシ
ョンし,プラグインコンタクト穴37にタングステンを
導入し,さらにその上部をエッチバックしてWプラグを
形成する。導電性プラグ39の上部,および,上部層間
膜35の上に上部導電層41を形成する。以上の工程に
より,図1に示したと同様のプラグイン方式半導体記憶
装置が形成できた。
【0019】図4(B)に示したプラグイン方式半導体
記憶装置は,図1に示したプラグイン方式半導体記憶装
置と同様,導電性プラグ39がポリシリコン層23と接
触する接触面Aが大きくされている。したがって,上述
した接触抵抗の値を小さくできる。接触面が大いので安
定した接触が確立できる。また,ポリシリコン肉厚層2
3Aは局部的に形成されているから,寸法的に集積度を
低下させる問題は生じない。
【0020】本発明の半導体装置の製造方法の第2実施
例として,図5〜図7を参照して,プラグイン方式半導
体記憶装置の導電性プラグ39と接触するポリシリコン
層23の厚さを局部的に厚くする他の製造方法を述べ
る。図5(A)に示すように,下部MOSトランジスタ
を形成し,その上にTEOS−Si O2 層19とBPS
G層21からなる層間膜を形成する。以上の工程は,図
2(A)〜(C)を参照して述べた第1実施例の半導体
装置製造方法と同様である。次いで,BPSG層21の
上で,プラグインコンタクト部に該当する領域の周囲に
レジスト膜51を被覆し,破線で示す凹陥部50が形成
されるように,ドライ方式でエッチバックする。TEO
S−Si O2 層19とBPSG層21との層間膜の厚さ
は4000Å程度あったが,エッチバックによって20
00Å程度になる。すなわち,凹陥部50の深さは,た
とえば,2000Å程度となる。
【0021】図5(B)に示すように,上記凹陥部50
を覆って,BPSG層21の上にTFT基板となるポリ
シリコン層23を3000Å程度デポジションする。こ
れにより,凹陥部50内にポリシリコン凹陥層23Bが
形成される。破線で示すように,ポリシリコン層23を
厚さt2,たとえば,800Å程度でTFT用基板とし
てた好適な厚さまでエッチバックする。このエッチバッ
クによっても,ポリシリコン凹陥層23Bはその厚さが
維持されている。図5(C)に示すように,薄膜化した
ポリシリコン層23にTFT絶縁層27を形成し,その
上にTFTゲート層29を形成し,TFTゲート層29
の近傍のポリシリコン層23にイオン注入して,TFT
ソース領域31およびTFTドレーン領域33を形成し
てTFTを形成する。
【0022】図6(A)に示すように,TFTの上に上
部層間膜35を形成する。次いで,プラグインコンタク
ト部となる上部60を除いて上部層間膜35の上にレジ
スト膜61を被覆する。図6(B)に示すように,プラ
グインコンタクト上部60からパターニングしてプラグ
インコンタクト穴63を形成する。このプラグインコン
タクト穴63の形成工程は,上記プラグインコンタクト
穴37の形成工程と同様である。
【0023】図7に示すように,プラグインコンタクト
穴63にタングステンを導入し,導電性プラグ39を形
成し,さらにその上部をパターニングする。上部層間膜
35の上から上部導電層41をデポジションする。図7
に示したプラグイン方式半導体記憶装置の構成も図1に
示したプラグイン方式半導体記憶装置と同様である。す
なわち,この実施例によっても,導電性プラグ39と接
触する接触面Bの垂直方向の長さが長くなっており,導
電性プラグ39に接触するポリシリコン層23の接触面
Bを大きくすることができる。その結果として,接触抵
抗値を小さくできる。
【0024】上述した実施例は1層の中間TFTを導電
性プラグ39で接続する例を示したが,TFTは複数層
に形成され,それらのTFTを順次導電性プラグ39で
接続することも可能である。導電性プラグ39の材料と
しては,タングステンの他に適切な導電性材料,たとえ
ば,ポリシリコンなど導入してもよい。また,上述した
プラグイン方式半導体記憶装置における各層,各部の材
料は例示であって,本発明はこれらの材料を用いた例示
に限定されるものではない。
【0025】さらに本発明の適用はプラグイン方式半導
体記憶装置に限定されるものではなく,上述したTFT
のTFTドレーン領域33などの半導体層を導電性プラ
グ39で接続する例に代えて,多層化導電層をバイアホ
ール(またはビアホール)で接続するような場合にも,
上述したように,バイアホールと接続する導電層の厚さ
を局部的に厚くしてその接触抵抗値を小さくすることが
できる。すなわち,本発明は半導体層との接続に限定さ
れず,導電層との接続にも適用できる。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように,本発明によれば,比
較的簡単なプロセスで導電性接続部材の接触する層の接
触部の近傍に局部的な肉厚部を形成することにより,半
導体層または導電層と直交する方向を指向して形成され
る導電性プラグなどの導電性接続部材と半導体層または
導電層との接触抵抗を下げないで,導電性接続部材と半
導体層または導電層とを接続できる。また本発明によれ
ば,接触関係は大きな接触面を保って維持されているか
ら,電気的,機構的に安定な接触が確立できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の実施例としてプラグイン
方式半導体記憶装置の部分断面図である。
【図2】図1に示した半導体記憶装置の第1の製造方法
を図解する第1の部分図である。
【図3】図1に示した半導体記憶装置の第1の製造方法
を図解する第2の部分図である。
【図4】図1に示した半導体記憶装置の第1の製造方法
を図解する第3の部分図である。
【図5】図1に示した半導体記憶装置の第2の製造方法
を図解する第1の部分図である。
【図6】図1に示した半導体記憶装置の第2の製造方法
を図解する第2の部分図である。
【図7】図1に示した半導体記憶装置の第2の製造方法
を図解する第3の部分図である。
【図8】従来のプラグイン方式半導体記憶装置の断面図
である。
【図9】図7に示したプラグイン接続部の抵抗値を示す
特性図である。
【符号の説明】
1・・半導体基板, 3・・ソース領域, 5・・ドレーン領域, 7・・第1の絶縁層, 9A,9B・・絶縁層, 11A,11B・・側壁, 15・・MOSトランジスタゲート層, 17,17B・・第3の絶縁層, 19・・TEOS−Si O2 層, 21・・BPSG層, 23・・ポリシリコン層, 23A・・ポリシリコン肉厚層, 23B・・ポリシリコン凹陥層, 25・・レジスト膜, 27・・TFT絶縁層, 29・・TFTゲート層, 31・・TFTソース領域, 33・・TFTドレーン領域, 35・・上部層間膜, 37・・プラグインコンタクト穴, 39・・導電性プラグ, 41・・上部導電層, 50・・凹陥部, 51・・レジスト膜, 60・・プラグインコンタクト上部, 61・・レジスト膜, 63・・プラグインコンタクト穴。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年3月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】図2(D)に示すように,BPSG層21
の上にTFT形成用のポリシリコン層23を厚く,たと
えば,その厚さt1を0.3〜0.4μm程度にデポジ
ションし,パターニングする。次いで,図3(A)に示
すように,図1に示したプラグインコンタクト部をレジ
スト膜25で被覆して,前面をエッチバックして,レジ
スト膜25の下部を除くその他のポリシリコン層23を
厚さt2,たとえば,80nm程度まで薄くする。これ
により,TFTのTFTソース領域31およびTFTド
レーン領域33となるポリシリコン層23の厚さはt2
になるが,ポリシリコン層23のプラグインコンタクト
部となるポリシリコン肉厚層23Aの厚さt1は0.3
〜0.4μm程度に維持されている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】本発明の半導体装置の製造方法の第2実施
例として,図5〜図7を参照して,プラグイン方式半導
体記憶装置の導電性プラグ39と接触するポリシリコン
層23の厚さを局部的に厚くする他の製造方法を述べ
る。図5(A)に示すように,下部MOSトランジスタ
を形成し,その上にTEOS−SiO層19とBPS
G層21からなる層間膜を形成する。以上の工程は,図
2(A)〜(C)を参照して述べた第1実施例の半導体
装置製造方法と同様である。次いで,BPSG層21の
上で,プラグインコンタクト部に該当する領域の周囲に
レジスト膜51を被覆し,破線で示す凹陥部50が形成
されるように,ドライ方式でエッチバックする。TEO
S−SiO層19とBPSG層21との層間膜の厚さ
0.4μm程度あったが,エッチバックによって0.
2μm程度になる。すなわち,凹陥部50の深さは,た
とえば,0.2μm程度となる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】図5(B)に示すように,上記凹陥部50
を覆って,BPSG層21の上にTFT基板となるポリ
シリコン層23を0.3μm程度デポジションする。こ
れにより,凹陥部50内にポリシリコン凹陥層23Bが
形成される。破線で示すように,ポリシリコン層23を
厚さt2,たとえば,80nm程度でTFT用基板とし
てた好適な厚さまでエッチバックする。このエッチバッ
クによっても,ポリシリコン凹陥層23Bはその厚さが
維持されている。図5(C)に示すように,薄膜化した
ポリシリコン層23にTFT絶縁層27を形成し,その
上にTFTゲート層29を形成し,TFTゲート層29
の近傍のポリシリコン層23にイオン注入して,TFT
ソース領域31およびTFTドレーン領域33を形成し
てTFTを形成する。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 9056−4M H01L 29/78 311 C

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電層または半導体層をこれらの層と直
    交する方向から導電性接続部材によって接続する半導体
    装置において, 上記導電性接続部材と直交して接続される導電層または
    半導体層のうち上記導電性接続部材に接続する部分の周
    囲のみ厚く形成されていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 上記半導体装置は上記導電性接続部材と
    接触する部分を有するトランジスタを有し, 上記導電性接続部材と直交方向に接続される半導体層は
    トランジスタのドレーンまたはソースである請求項1記
    載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 導電層または半導体層をこれの層と直交
    する方向から導電性接続部材で接続する半導体装置の製
    造方法において, 上記導電性接続部材と直交する方向で接続される導電層
    または半導体層の厚さを所定の厚さより厚く形成し, 上記導電性接続部材が接続される部分の周囲の導電層ま
    たは半導体層の厚さを所定の厚さに維持したまま,その
    他の部分を通常の厚さまで薄く形成し, 上記導電層または半導体層のうち上記導電性接続部材が
    接続される近傍のみ厚く形成することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 導電層または半導体層をこれらの層と直
    交する方向から導電性接続部材で接続する半導体装置の
    製造方法において, 上記導電性接続部材が接続される導電層または半導体層
    が形成される領域のうち上記導電性接続部材と接触する
    部分の周囲を凹陥させ, 該凹陥部に導電性材料または半導体材料を充満させると
    ともに他の領域を所定の厚さ薄膜化して所定の厚さの導
    電層または半導体層を形成し, 上記導電層または半導体層のうち上記導電性接続部材が
    接続される近傍のみ厚く形成することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
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