JPH0878517A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 コンタクトの合わせずれが生じた場合でもコ
ンタクト抵抗の増大を招かない半導体装置を提供する。 【構成】 半導体基板１１上に形成され、端部に曲部を
有する下層コンタクト導体層１５と、前記下層コンタク
ト導体層１５が形成された前記半導体基板１１を覆う絶
縁層１７と、前記下層コンタクト導体層１５の少なくと
も一部を露出せしめるように前記絶縁層１７に開口され
たコンタクトホール１３と、前記コンタクトホールを通
じて、前記下層コンタクト導体層１５と接続される上層
コンタクト導体層１８とを具備することを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の配線層間
のコンタクト部の改良に関し、特に微細配線が要求され
る半導体装置の多層配線コンタクト部の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体装置の高集積化に伴い、半導
体チップ内部の配線も微細化し多層配線も多用されてい
る。このような多層配線で、下層の配線層と上層の配線
層とのコンタクトをとる場合には、下層の配線層上の絶
縁膜にコンタクトホールと呼ばれる開口部を形成し、そ
の上に上層の配線層を堆積している。このとき合わせず
れを考慮して、コンタクト面積以上に下層の配線層の面
積を大きくしていた。

【０００３】ところが高集積化に伴って、配線の幅やコ
ンタクトホールの径が小さくなることにより、上層の配
線層と下層の配線層とのコンタクトをとる場合に、コン
タクトホールが下層の配線層からずれる、いわゆるコン
タクトの合わせずれが問題になってきている。これは現
在のリソグラフィ技術の限界に近づいているためであ
る。このコンタクトの合わせずれがコンタクト抵抗の増
加を引き起こし、ひいては半導体素子の動作速度の低下
など素子特性に重大な影響を及ぼす。

【０００４】図６は一般的な集積回路装置の表層配線部
の一部を模式的に表した断面図である。半導体素子（不
図示）が形成された半導体基板２１の上に第１の絶縁層
２２が形成され、その上に第１の導体層（電極）２５が
形成されている。第２の絶縁膜２３を介して第２の導体
層（例えばＸ配線）２６が形成され、前記電極２５とコ
ンタクト部２８で接続されている。第２の導体層２６の
上にはさらに第３の絶縁層２４を介して第３の導体層
（例えばＹ配線）２７が形成され、第２の導体層２６と
コンタクト部２９で接続されている。このように表層配
線部は、多層に形成され、導体層間の接続のためのコン
タクト部が随所に設けられる。なお図では導体層が３層
の場合を示したが、導体層数はこれに限られるものでは
ない。

【０００５】図７（ａ）はこのようなコンタクトの１例
を代表的に示したコンタクト部の断面図である。すなわ
ち半導体基板２１に形成された第１の絶縁膜２２の上に
電極２５が形成されている。この電極２５は例えば燐
（Ｐ）拡散を施してパターニングしたポリシリコンの電
極である。この上の第２の絶縁膜２３にコンタクトホー
ルを開口し、その上にパターニングしたアルミ配線２６
が形成されている。

【０００６】図７（ａ）はコンタクトずれがない場合で
あるが、配線が微細化してくると図７（ｂ）のようにコ
ンタクトがずれる場合がある。図７（ｂ）では電極１と
アルミ配線３との接触面積が小さくなり、コンタクト抵
抗が大きくなるという問題が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の半
導体装置においては、上層と下層の配線層層のコンタク
トをとるときに、コンタクトの合わせずれが生じるとい
う問題があった。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
ので、コンタクトの合わせずれが生じた場合でもコンタ
クト抵抗の増大を招かない半導体装置を提供しようとす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成され、端
部に曲部を有する下層コンタクト導体層と、前記下層コ
ンタクト導体層が形成された前記半導体基板を覆う絶縁
層と、前記下層コンタクト導体層の少なくとも一部を露
出せしめるように前記絶縁層に開口されたコンタクトホ
ールと、前記コンタクトホールを通じて、前記下層コン
タクト導体層と接続される上層コンタクト導体層とを具
備することを特徴としている。

【０００９】さらに前記下層コンタクト導体層端部の前
記曲部は、前記下層コンタクト導体層端部を中央部より
上方に位置させる曲部であるか、あるいは前記下層コン
タクト導体層端部を中央部より下方へ位置させる曲部で
あることを特徴としている。前記曲部は屈曲形状と湾曲
形状を含み、上層コンタクト導体層が前記曲部と接触す
る状態をも正常な接続状態とする。

【００１０】

【作用】前記局部は、下層コンタクト導体層端部におけ
る接触面積を増大させる効果を有し、上層コンタクト導
体層がずれて接触した場合でも、必要な接触面積を確保
することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１（ａ）には本発明の一実施例に係る半導体装置
の電極部の拡大断面図が示されている。すなわち半導体
素子（不図示）が形成された半導体基板１１上に第１の
絶縁膜１２が形成され、その上には側面が酸化膜１６で
覆われ、中央部が陥没したポリシリコンの電極１５が形
成され、第２の絶縁膜１７に開口されたコンタクトホー
ル１３には引き出し電極１８が被着され、電極１５と接
続されている。この例は電極１５と取り出し電極１８と
がずれることなく、所定の位置に接続された例を示して
いる。一方図１（ｂ）は引き出し電極１８が電極１５に
対してずれた状態を示している。この実施例では電極１
５がその周縁部が中央部に対し上部に屈曲して突出して
いる。従ってコンタクトホール１３がずれて形成された
場合でも、引き出し電極１８は電極１５の屈曲部の側面
に付着するので、接触面積は屈曲部がない場合に比較し
て大きくなる。これにより合わせずれによる接触抵抗の
増大を防ぐことができる。

【００１２】本発明を用いて作成したコンタクトにおけ
るコンタクト抵抗の低減効果について説明する。図２は
端部にある突起部のボトム部分の幅がａである凹型のポ
リシリコン電極１５の配線パターン上に、直径ｄのコン
タクトを開けたときのコンタクトの位置によるコンタク
ト抵抗の変化を示している。横軸は電極１５のエッジか
らコンタクトの近い方のエッジまでの距離で、縦軸はコ
ンタクト抵抗を表している。Ｐは従来の長方形断面の電
極を用いた場合の特性で、Ｑは本発明の電極を用いた場
合の特性である。図のように本発明を用いれば、従来電
極ではコンタクトが配線からずれていくに従ってコンタ
クト抵抗は増加していくが、本発明の電極ではコンタク
トが配線からずれてもコンタクト抵抗は従来プロセスに
比較して小さく、コンタクトの合わせずれが起こっても
コンタクト抵抗の増大が防止できることがわかる。

【００１３】図１に示した半導体装置のコンタクト部
は、図３に段階的に示したプロセスにより製造し得る。
先ず図３（ａ）に示すように半導体基板１１上に形成さ
れた絶縁膜１２上にポリシリコンを膜厚３００ｎｍ堆積
する。次に、熱拡散法により燐（Ｐ）をポリシリコンに
添加して電極層１５を形成する。ポリシリコンへの燐の
添加方法は熱拡散法に代えてイオン注入法であってもよ
い。次にこの電極層を、その側壁が順テーパ形状になる
ようにエッチング加工して、上端幅５００ｎｍの電極１
５をする。

【００１４】次に熱酸化法により電極１５上に膜厚５ｎ
ｍの酸化膜１６を形成する。この場合熱酸化法に代えて
ＣＶＤ法か酸化剤を含む溶液のウェット処理を用いても
良い。次にＲＩＥ（Reactive Ion Eching ） 法により
ポリシリコンの電極１５の上部を選択的に深さ約１００
ｎｍでエッチングすると図３（ｂ）に示す形状が得られ
る。このときエッチングは凹部内壁にテーパがつき、か
つ酸化膜とポリシリコンとの選択比が比較的小さい条件
で行う。例えば塩素ガス流量１００ＳＣＣＭ、圧力１０
Ｐａ、温度−３０℃、パワー密度０．３９Ｗ／ｃｍ2 の
ＲＩＥを行うと、酸化膜とポリシリコンの選択比が２０
となり、好ましい結果が得られる。この条件下ではポリ
シリコンの電極１５の中央部は酸化膜１６を含めてエッ
チングされるが、電極１５の周縁部は上から見た場合に
電極１５の側壁についた酸化膜１６がポリシリコンに対
する充分に厚いマスク材となるので、ポリシリコンの周
縁部はエッチングされずに、図３（ｂ）に示す形状とな
る。

【００１５】また酸化膜１６が無い場合でも、酸化膜と
ポリシリコンの選択比がある条件にてエッチングするこ
とにより、ポリシリコン１５の側壁についた自然酸化膜
がポリシリコンに対するマスク材として働き、図３
（ｂ）のような加工形状を得ることが可能である。この
場合は熱酸化膜１６の形成工程は不要となる。

【００１６】次に電極１５上に絶縁膜１７を減圧ＣＶＤ
法により、１０００ｎｍ形成する。更にリソグラフィ技
術によりレジストのコンタクトホールのパターンマスク
を作成し、このマスクを用いてＲＩＥ法によりコンタク
トホール部の絶縁膜１７を除去してコンタクトホール１
３を形成した後に、レジストを除去し図３（ｃ）に示す
形状を得る。

【００１７】次にアルミニウム電極１８をスパッタリン
グにより全面に５００ｎｍ成膜する。またＴｉ３０ｎｍ
／ＴｉＮ８０ｎｍのバリアメタル層をスパッタリングに
より堆積した後にアルミニウムを成膜しても良い。そし
てリソグラフィ技術によりレジストの配線パターンマス
クを作成し、このマスクを用いてＲＩＥ法で加工して図
１に示したコンタクト配線部を得る。

【００１８】図１において（ａ）のようなコンタクトの
合わせずれがない場合には電極１５とアルミ電極１８と
の接触面積はポリシリコン１５の上面の形状が平坦な場
合と同じである。しかし（ｂ）のようにコンタクトの合
わせずれがあるときは、アルミ配線１８が電極１５の上
面の両端にある突出部の左右どちらかに接触するため
に、電極１５の上面の形状が平らな場合と比べて接触面
積が大きくなるので、コンタクト抵抗は小さくなる。

【００１９】また電極１５の形状について、図１の他に
図４（ａ）〜（ｃ）のような形状に加工することによっ
ても本発明の効果を得ることができる。（ａ）は電極１
５の側壁にテーパがない例、（ｂ）はさらに周縁部上面
に平坦部を設けた例、（ｃ）はさらに側壁にテーパを設
けた例を示す。

【００２０】あるいは電極１５を凹型に加工しなくて
も、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように絶縁膜１２をエッ
チング等により予め加工して、電極１５の周縁部に屈曲
部を設けるようにしても、本発明による効果を得ること
ができる。例えば（ａ）の形状は次のようにして製作さ
れる。先ず絶縁膜１２上にパターニングされたレジスト
を形成し、ＲＩＥ法により露出した絶縁膜１２をテーパ
を付けながらエッチングする。このときＣＦ系のガスを
用いたエッチングにより７０度位のテーパを付けること
が可能である。そしてレジストを除去した後に燐（Ｐ）
を添加したポリシリコン１５を形成して、絶縁膜１２の
凹状に所望の形にパターニングすることによって、
（ａ）の形状を得ることができる。上記発明の実施例に
おいて、下層の導電層としてポリシリコンを用いたが、
アモルファスシリコンを再結晶化したポリシリコンやア
ルミニウムでもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置のコンタクト部は、電極周縁部に曲部を設けているの
で、コンタクトホールの合わせずれが生じても接触面積
を確保することができる。益々微細化する半導体装置の
コンタクト形成に極めて有効な手段を提供するものとい
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体装置のコンタク
ト部の断面図で、（ａ）はずれが無い場合、（ｂ）はず
れた場合を示す。

【図２】本発明の効果を説明する図で、（ａ）は電極の
エッジからコンタクトのエッジまでの距離とコンタクト
抵抗の関係を示したグラフ、（ｂ）は距離の定義を示し
た図。

【図３】本発明の実施例の製造工程を段階的に示したコ
ンタクト部の断面図。

【図４】本発明の他の実施例のコンタクト部の断面図。

【図５】本発明のさらに他の実施例のコンタクト部の断
面図。

【図６】一般的な集積回路装置の表層配線層の断面図。

【図７】従来のコンタクト部を説明するコンタクト部の
断面図で、（ａ）はずれが無い場合、（ｂ）はずれがあ
る場合を示す。

【符号の説明】

１１…半導体基板、１２…第１絶縁層、１３…コンタク
トホール、１５…電極、１６…酸化膜、１７…第２絶縁
膜、１８…コンタクト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成され、端部に曲部を
   有する下層コンタクト導体層と、 前記下層コンタクト導体層が形成された前記半導体基板
   を覆う絶縁層と、 前記下層コンタクト導体層の少なくとも一部を露出せし
   めるように前記絶縁層に開口されたコンタクトホール
   と、 前記コンタクトホールを通じて、前記下層コンタクト導
   体層と接続される上層コンタクト導体層と、を具備する
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記下層コンタクト導体層端部の前記曲
   部が、前記下層コンタクト導体層端部を中央部より上方
   に位置させる曲部であることを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記下層コンタクト導体層端部の前記曲
   部が、前記下層コンタクト導体層端部を中央部より下方
   へ位置させる曲部であることを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記上層コンタクト導体層が前記曲部と
   接触していることを特徴とする請求項１、２または３い
   ずれかに記載の半導体装置。