JPH0620944A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0620944A
JPH0620944A JP17789792A JP17789792A JPH0620944A JP H0620944 A JPH0620944 A JP H0620944A JP 17789792 A JP17789792 A JP 17789792A JP 17789792 A JP17789792 A JP 17789792A JP H0620944 A JPH0620944 A JP H0620944A
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JP
Japan
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layer
contact
insulating film
interlayer insulating
diffusion layer
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JP17789792A
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Hideaki Oka
秀明 岡
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Abstract

PURPOSE:To realize a low contact resistance by providing an impurity region formed on a predetermined region of a semiconductor substrate, an interlayer insulating film having an opening on its upper part, and an epitaxial silicon layer doped with an impurity formed on a region in contact with the impurity region in the opening. CONSTITUTION:A P<+> type diffused layer 104 and an N<+> type diffused layer 205 are formed on a semiconductor substrate 201, and an interlayer insulating film 206 is formed. Further, a contact hole 207 is formed, a P<+> type a-Si layer 208 doped with boron is formed, annealed, epitaxially grown, and crystallized. Then, a contact hole 109 is opened, a barrier layer 210 is formed, and a metal layer 211 is formed. Then, the layer 211 is etched back, a contact plug 212 is formed, and meal wirings 213 are formed. Thus, a contact structure having low resistance and excellent ohmic properties can be formed for the P<+> type diffused layer and the N<+> type diffused layer for the hole having high aspect ratio.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に、微細コンタクトを有する半導体素子に
おいて、優れたコンタクト特性を有する半導体素子を簡
便なプロセスで実現する素子構造及び製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a device structure and a manufacturing method for realizing a semiconductor device having fine contact with excellent contact characteristics by a simple process. .

【0002】[0002]

【従来の技術】サブミクロンの微細コンタクトにおいて
は、拡散層(特に、P+拡散層)とのコンタクト抵抗の
増大が問題となっている。この対策として、コンタクト
ホール開口後、P+拡散領域のみ、B(ボロン)を追加
注入し、ボロンの表面濃度を高めることで、コンタクト
抵抗を下げる方法が用いられている。
2. Description of the Related Art In a submicron fine contact, an increase in contact resistance with a diffusion layer (particularly a P + diffusion layer) has been a problem. As a countermeasure for this, after opening the contact hole, B (boron) is additionally injected only in the P + diffusion region to increase the surface concentration of boron to reduce the contact resistance.

【0003】図3に、従来の半導体装置の製造方法を示
す。図3において、(a)は、半導体基板301内にN−
well302及びP−well303を形成後、P+拡散層
304及びN+拡散層305を形成し、層間絶縁膜306を形成
する工程である。図3(b)は、前記層間絶縁膜306に
コンタクトホール307を開け、P+拡散領域のみをマス
ク308により選択し、ボロンをイオンインプラする工程
である。図3(c)は、マスクを除去後、イオン注入さ
れたボロンを活性化するためのランプアニール(100
0℃以上)を行い、Ti/TiN等のバリア層309をス
パッタ法で形成後、Al−Si等で金属配線310を形成
する工程である。
FIG. 3 shows a conventional method of manufacturing a semiconductor device. In FIG. 3, (a) is an N-type semiconductor substrate 301.
After forming well 302 and P-well 303, P + diffusion layer
In this step, the 304 and N + diffusion layers 305 are formed, and the interlayer insulating film 306 is formed. FIG. 3B shows a step of forming a contact hole 307 in the interlayer insulating film 306, selecting only a P + diffusion region by a mask 308, and ion-implanting boron. FIG. 3C shows a lamp anneal (100) for activating the ion-implanted boron after removing the mask.
(0 ° C. or higher) to form a barrier layer 309 of Ti / TiN or the like by a sputtering method, and then form a metal wiring 310 of Al—Si or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、コンタクト開口後にP+拡散領域を選択するフォト
工程、イオンインプラ工程、インプラされたドーパント
を活性化する工程が必要であり、工程が煩雑であった。
さらに、活性化のために、高温の熱処理が必要なことか
ら、不純物の再分布、熱ストレスによるダメージ等を生
じ、サブミクロン、さらにはハーフミクロン以下のデバ
イスにおいては、大きな問題となっている。
However, the conventional technique requires a photo step of selecting the P + diffusion region after the contact opening, an ion implantation step, and a step of activating the implanted dopant, which is complicated. there were.
Furthermore, since high-temperature heat treatment is required for activation, redistribution of impurities, damage due to thermal stress, etc. occur, which is a serious problem in devices of submicron or even half micron or less.

【0005】そこで、本発明は、このような問題を解決
するもので、より簡便なプロセスで、しかも、600℃
〜700℃程度以下の低温で、低いコンタクト抵抗を実
現するためのコンタクト構造及びその製造方法を提供す
るものである。
Therefore, the present invention solves such a problem by a simpler process and at 600 ° C.
Provided is a contact structure and a manufacturing method thereof for realizing a low contact resistance at a low temperature of about 700 ° C. or lower.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、 (1)半導体基板と、前記半導体基板の所定領域に形成
された不純物領域と、前記不純物領域の上部に開孔部を
有する層間絶縁膜と、前記開孔部内の少なくとも前記不
純物領域と接した領域に形成した不純物をドープしたエ
ピタキシャルシリコン層を少なくとも有することを特徴
とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including: (1) a semiconductor substrate, an impurity region formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and an interlayer insulating film having an opening above the impurity region. It has at least a film and an epitaxial silicon layer doped with impurities formed in at least a region in contact with the impurity region in the opening.

【0007】(2)前記不純物をドープしたエピタキシ
ャルシリコン層が、ボロンを0.5〜2原子数%含むこ
とを特徴とする。
(2) The epitaxial silicon layer doped with the impurity is characterized by containing 0.5 to 2 atomic% of boron.

【0008】本発明の半導体装置の製造方法は、 (3)半導体基板に拡散層を形成する工程と、前記拡散
層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記拡散層上の
層間絶縁膜にコンタクト孔を開ける工程と、前記コンタ
クト孔内及び前記層間絶縁膜上に不純物をドープした非
晶質シリコン層を被着する工程と、前記非晶質シリコン
を固相成長法により結晶化する工程と金属配線層を形成
する工程を少なくとも有することを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises: (3) forming a diffusion layer on a semiconductor substrate, forming an interlayer insulating film covering the diffusion layer, and forming an interlayer insulating film on the diffusion layer. Forming a contact hole; depositing an impurity-doped amorphous silicon layer in the contact hole and on the interlayer insulating film; and crystallizing the amorphous silicon by a solid phase growth method. It is characterized by including at least a step of forming a metal wiring layer.

【0009】(4)前記非晶質シリコンを前記拡散層を
シードとして固相成長させることを特徴とする。
(4) The amorphous silicon is solid-phase grown using the diffusion layer as a seed.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の実施例における半導体装置
の断面図の一例である。
1 is an example of a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0011】図1において、101はN−well、102は
P+拡散層、103は層間絶縁膜、104はコンタクト部、10
5はボロンをドープしたP+Si層、106はバリア層、10
7はコンタクトプラグ、108は金属配線層である。
In FIG. 1, 101 is an N-well, 102 is a P + diffusion layer, 103 is an interlayer insulating film, 104 is a contact portion, 10
5 is a P + Si layer doped with boron, 106 is a barrier layer, 10
7 is a contact plug and 108 is a metal wiring layer.

【0012】図2は、本発明の実施例における半導体装
置の製造方法の一例である。
FIG. 2 shows an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0013】図2において、(a)は、半導体基板201
内にN−well202及びP−well203を形成後、P
+拡散層204及びN+拡散層205を形成し、層間絶縁膜20
6を形成する工程である。図2(b)は、前記層間絶縁
膜206にP+拡散領域上のコンタクトホール207を開け、
ボロンをドープしたP+a−Si層208を形成する工程
である。P+a−Si層の形成方法の一例としては、C
VD法で520℃〜560℃で、SiH4(モノシラ
ン)等のシラン系のガスにB2H6(ジボラン)等のド
ーピングガスを混合し成膜する方法、プラズマCVD法
で150℃〜400℃程度でSiH4(モノシラン)等
のシラン系のガスにB2H6(ジボラン)等のドーピン
グガスを混合し成膜する方法等がある。B2H6等のド
ーピングガスとシラン系反応ガスとの混合比は0.00
25〜0.01程度が望ましい。a−Si中には前記ガ
ス比と対応した0.5原子数%〜2原子数%のボロンが
ドーピングされる。a−Si中の不純物濃度を高めるこ
とは、コンタクト抵抗を低くする点で有効であることか
ら、上記混合比はエピ成長を阻害しない範囲で高めに設
定することが望ましい。続いて、550℃〜700℃で
1時間〜10時間程度アニールし、拡散層の単結晶シリ
コンをシードとして、前記P+a−Si層をエピ成長さ
せ、結晶化する。この時、拡散層と接した部分は単結晶
化され、コンタクト側壁部等は多結晶化される。図2
(c)は、前記層間絶縁膜206にN+拡散領域上のコン
タクトホール209を開け、TiN、TiWもしくはTi
/TiN等のバリア層210をスパッタ法もしくはCVD
法等で形成後、ブランケットCVD等によりW等の金属
層211を全面形成する工程である。前記バリア層はコン
タクト抵抗を下げるために、Ti等のコンタクトメタル
上にTiN等のバリアメタルを設けた構造が有効であ
る。さらに、コンタクトメタル及びバリアメタルを成膜
後、550℃〜700℃程度で不活性ガスもしくは水素
ガス雰囲気中でアニールを施すことで、さらにコンタク
ト抵抗を下げることができる。尚、本実施例ではブラン
ケットCVD法でW等を全面形成する場合を例とした
が、本発明はこれに限定されるものではない。図2
(d)は、前記金属層を全面エッチバックして、コンタ
クトプラグ212を形成後、Al−Cu等で金属配線213を
形成する工程である。
In FIG. 2, (a) shows a semiconductor substrate 201.
After forming N-well 202 and P-well 203 inside, P
The + diffusion layer 204 and the N + diffusion layer 205 are formed, and the interlayer insulating film 20 is formed.
It is a step of forming 6. 2B, a contact hole 207 is formed on the P + diffusion region in the interlayer insulating film 206,
This is a step of forming a P + a-Si layer 208 doped with boron. As an example of the method for forming the P + a-Si layer, C
A method of forming a film by mixing a doping gas such as B2H6 (diborane) with a silane-based gas such as SiH4 (monosilane) at 520 ° C. to 560 ° C. by a VD method, and a SiH4 (at a temperature of 150 ° C. to 400 ° C. by a plasma CVD method). There is a method of forming a film by mixing a silane-based gas such as monosilane) with a doping gas such as B2H6 (diborane). The mixing ratio of the doping gas such as B2H6 and the silane-based reaction gas is 0.00
About 25 to 0.01 is desirable. The a-Si is doped with 0.5 atomic% to 2 atomic% boron corresponding to the above gas ratio. Since increasing the impurity concentration in a-Si is effective in reducing the contact resistance, it is desirable to set the mixing ratio to a high value within the range that does not hinder the epi growth. Subsequently, annealing is performed at 550 ° C. to 700 ° C. for about 1 hour to 10 hours, and the P + a-Si layer is epitaxially grown using the single crystal silicon of the diffusion layer as a seed to be crystallized. At this time, the portion in contact with the diffusion layer is monocrystallized, and the contact side wall portion and the like are polycrystallized. Figure 2
(C) shows a contact hole 209 formed on the N + diffusion region in the interlayer insulating film 206, and is made of TiN, TiW or Ti.
/ TiN barrier layer 210 is sputtered or CVD
This is a step of forming a metal layer 211 of W or the like over the entire surface by blanket CVD or the like after the formation by the method or the like. In order to reduce the contact resistance of the barrier layer, a structure in which a barrier metal such as TiN is provided on a contact metal such as Ti is effective. Furthermore, after the contact metal and the barrier metal are formed, annealing is performed in an inert gas or hydrogen gas atmosphere at about 550 ° C. to 700 ° C. to further reduce the contact resistance. In this embodiment, the case where W or the like is formed on the entire surface by the blanket CVD method is taken as an example, but the present invention is not limited to this. Figure 2
(D) is a step of etching back the metal layer to form a contact plug 212 and then forming a metal wiring 213 with Al—Cu or the like.

【0014】本発明に基づく半導体装置の電気的特性に
関し、以下に述べる。本発明によれば、層間絶縁膜の膜
厚1.5μm、コンタクト径0.5μmのアスペクト比
3のコンタクトホールにおいて、コンタクト抵抗40〜
60Ω(P+拡散層)、20〜30Ω(N+拡散層)を
実現できた。また、Al配線後525℃30分のアニー
ルを施しても、接合リーク等の特性劣化を生ずることも
なく、熱的にも安定なコンタクト構造を実現できた。
The electrical characteristics of the semiconductor device according to the present invention will be described below. According to the present invention, the contact resistance of 40 μm or less is provided in the contact hole having the film thickness of the interlayer insulating film of 1.5 μm and the contact diameter of 0.5 μm and the aspect ratio of 3.
It was possible to realize 60Ω (P + diffusion layer), 20 to 30Ω (N + diffusion layer). Further, even if annealing was performed for 30 minutes at 525 ° C. after Al wiring, a contact structure that was thermally stable was realized without causing deterioration of characteristics such as junction leakage.

【0015】以上述べたように、本発明に基づく半導体
装置及びその製造方法によれば、P+拡散層、N+拡散
層共、優れたコンタクト特性を有する半導体装置を簡便
なプロセスでしかも低温形成することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, a semiconductor device having excellent contact characteristics for both the P + diffusion layer and the N + diffusion layer can be formed by a simple process at a low temperature. You can

【0016】尚、本発明は、図1及び図2の実施例に限
らず、半導体素子のコンタクト構造全般に広く応用でき
る。
The present invention is not limited to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 and can be widely applied to the contact structure of semiconductor devices in general.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればコン
タクト径がサブミクロン以下でアスペクト比が高いコン
タクトホールに対して、P+拡散層、N+拡散層共、低
抵抗でオーミック性の優れたコンタクト構造が形成可能
となった。更に本発明によれば、従来のようなコンタク
トホール開孔後の、イオンインプラ工程や不純物の活性
化のための高温アニール工程が不要となり、より簡便な
プロセスで、600℃〜700℃程度以下の低温プロセ
スで優れたコンタクト特性を実現できるようになった。
更に、不純物の再分布、熱ストレスによるダメージ等を
生ずることもなく、優れた特性を再現良く実現できるよ
うになった。
As described above, according to the present invention, both the P + diffusion layer and the N + diffusion layer have low resistance and excellent ohmic properties for a contact hole having a contact diameter of submicron or less and a high aspect ratio. A contact structure can be formed. Further, according to the present invention, the ion implantation step and the high temperature annealing step for activating the impurities after the contact hole opening, which is required in the prior art, are not required, and the temperature can be reduced to about 600 ° C. to 700 ° C. in a simpler process. It has become possible to realize excellent contact characteristics in low temperature processes.
Furthermore, excellent characteristics can be realized with good reproducibility without causing redistribution of impurities and damage due to heat stress.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例における半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例における半導体装置の製造工程
図である。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the invention.

【図3】従来の半導体装置の製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,202,302 ・・・ N−well 102,304 ・・・ P+拡散層 103,206,306 ・・・ 層間絶縁膜 104 ・・・ コンタクト部 105,208 ・・・ P+Si層 107 ・・・ コンタクトプラグ 108,213,310 ・・・ 金属配線 201,301 ・・・ 半導体基板 203,303 ・・・ P−well 205,305 ・・・ N+拡散層 207,209,307 ・・・ コンタクトホール 212 ・・・ コンタクトプラグ 101,202,302 ・ ・ ・ N-well 102,304 ・ ・ ・ P + diffusion layer 103,206,306 ・ ・ ・ Interlayer insulating film 104 ・ ・ ・ Contact part 105,208 ・ ・ ・ P + Si layer 107 ・ ・ ・ Contact plug 108,213,310 ・ ・ ・ Metal wiring 201,301 ・ ・ ・ Semiconductor Substrate 203,303 ・ ・ ・ P-well 205,305 ・ ・ ・ N + diffusion layer 207,209,307 ・ ・ ・ Contact hole 212 ・ ・ ・ Contact plug

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板の所定領
域に形成された不純物領域と、前記不純物領域の上部に
開孔部を有する層間絶縁膜と、前記開孔部内の少なくと
も前記不純物領域と接した領域に形成した不純物をドー
プしたエピタキシャルシリコン層を少なくとも有するこ
とを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate, an impurity region formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, an interlayer insulating film having an opening above the impurity region, and at least the impurity region in the opening. A semiconductor device having at least an impurity-doped epitaxial silicon layer formed in the formed region.
【請求項2】 前記不純物をドープしたエピタキシャル
シリコン層が、ボロンを0.5〜2原子数%含むことを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity-doped epitaxial silicon layer contains 0.5 to 2 atomic% of boron.
【請求項3】 半導体基板に拡散層を形成する工程と、
前記拡散層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記拡
散層上の層間絶縁膜にコンタクト孔を開ける工程と、前
記コンタクト孔内及び前記層間絶縁膜上に不純物をドー
プした非晶質シリコン層を被着する工程と、前記非晶質
シリコンを固相成長法により結晶化する工程と金属配線
層を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
3. A step of forming a diffusion layer on a semiconductor substrate,
Forming an interlayer insulating film covering the diffusion layer; forming a contact hole in the interlayer insulating film on the diffusion layer; and an amorphous silicon layer doped with impurities in the contact hole and on the interlayer insulating film. And a step of crystallizing the amorphous silicon by a solid phase growth method and a step of forming a metal wiring layer.
【請求項4】 前記非晶質シリコンを前記拡散層をシー
ドとして固相成長させることを特徴とする請求項3記載
の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the amorphous silicon is solid-phase grown using the diffusion layer as a seed.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5620078A (en) * 1994-12-09 1997-04-15 Tsubakimoto Chain Co. Stroke control device for an actuator rod of a linear actuator
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