JPH0878523A

JPH0878523A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0878523A
Application number: JP21032294A
Authority: JP
Inventors: Youichi Riyoukai; 洋一了戒; Takahiko Uematsu; 隆彦植松; Kazuo Matsuzaki; 一夫松崎; Masato Nishizawa; 正人西澤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】使用面積が小さく、形成方法が容易で、しかも
信頼性の高いコンタクトを形成する。【構成】半導体基板１の表面上に形成された感光性樹脂
４を絶縁膜とし、その感光性樹脂上に配線用金属７を堆
積して、感光性樹脂４に形成されたコンタクトホール６
を介してその配線と半導体基板とのコンタクトを実施す
る。Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉなどヤング率が１×１０¹¹Ｎ
／ｍ²以上の金属膜であれば、コンタクトホール部がテ
ーパー状になり、段差被覆性の良いコンタクトが容易に
形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ（大規模集積回
路）に代表される低電圧、低消費電力の半導体装置、特
にその配線用金属とのコンタクトおよびその形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの分野では、高密度化、高集積化
の進展が著しい。その中に集積される素子のサイズは、
スケーリング則にのっとり、限り無く縮小化の方向にあ
り、配線や電極の面積も縮小を迫られている。配線や電
極の面積をなるべく小さくするためには、配線幅の縮小
は勿論のこと、電極と半導体基板との接続孔（コンタク
トホール）も小さくする努力がなされてきている。

【０００３】図４（ａ）および（ｂ）は、従来の半導体
装置のコンタクト部を示す断面図である。図４（ａ）
は、従来の比較的低密度、低集積の段階のコンタクト部
の断面図であり、半導体基板１１の表面上の絶縁膜１３
にテーパー型のコンタクトホール１６が設けられ、その
上に配線用金属１７が被着されて半導体基板１１とのコ
ンタクト１９を形成していて、段差被覆性が良い。図４
（ｂ）は、最近の高密度、高集積化に対応したコンタク
ト部の断面図である。シリコン基板２１の表面上の絶縁
膜２３にほぼ垂直のコンタクトホール２６が設けられ、
その上に配線用金属２７が被着されて半導体基板２１と
のコンタクト２９を形成している。図４（ｂ）は、直径
を小さくするとともに、コンタクトホールの加工も従来
の湿式エッチングから、乾式エッチングに変更すること
によって、コンタクトホールが基板に対して直角になる
ようにして、コンタクト部の面積を縮小を図っている。

【０００４】最近になって、図５（ａ）および（ｂ）に
示すように、コンタクトホールのみに選択的に金属を烝
着するプラグ技術によって、上記の問題を解決する手法
が開発されつつある（ＩＥＤＭテクニカルダイジェスト
１９８１年号７９ページ、１９８７年号２１３ページ、
２１７ページ）。この方法では、半導体基板３１上の絶
縁膜３３にコンタクトホール３６を形成した後［図５
（ａ）］、そのコンタクトホール３６内に選択的にタン
グステンなどの金属を析出させ、プラグ３７のように埋
め込むものである［図５（ｂ）］。しかしながら、選択
性の確保、低接触抵抗を保証する前処理方法の開発な
ど、まだいくつかの問題が残っていて量産適用までには
時間がかかると見られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高密度、高集積化に対
応した接続部の図４（ｂ）の方法では、配線用金属の烝
着がコンタクトホールの側壁部分で不十分になるという
欠点がある。すなわち、コンタクトホールが垂直に形成
されるため、烝着膜の段差被覆性が悪く、コンタクトホ
ールの側壁での烝着膜厚が極端に薄くなり、コンタクト
ホールの段差部で断線を引起すという不具合が発生す
る。

【０００６】以上の問題に鑑みて、本発明の目的は、使
用面積の小さい、信頼性の高い、しかもプロセスの容易
なコンタクトを有する半導体装置およびその製造方法を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、半導体基板と配線用金属とのコンタクトを
有する半導体装置において、感光性樹脂上の配線用金属
と半導体基板とのコンタクトが、特に半導体基板上の感
光性樹脂の孔を介して上記コンタクトがなされているも
のとする。

【０００８】また、配線用金属としては、ヤング率が、
１×１０¹¹Ｎ／ｍ²以上であるＮｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉの
いずれかを主成分として含む金属が適する。特に、半導
体基板上に、酸化膜があるものがよい。上記の半導体素
子の製造方法としては、半導体基板上に感光性樹脂を塗
布し、フォトエッチング法によりコンタクトホールを形
成した後、配線用金属を蒸着するものとする。

【０００９】

【作用】上記の手段を講じ、半導体基板上の感光性樹脂
の孔を介して、感光性樹脂上の配線と基板とのコンタク
トを実施することにより、コンタクト部での配線用金属
膜の段差被覆性は十分なものとなる。このような現象
は、実験の過程で見出されたものであり図を用いて以下
にその機構を説明する。

【００１０】図６（ａ）は、コンタクト部の配線用金属
形成前の、同図（ｂ）は、金属形成後のコクタクト部の
断面図である。半導体基板１上に感光性樹脂４を形成
し、その感光性樹脂４を通常のフォトプロセスにより、
コンタクトホール６のパターンを形成する〔図６
（ａ）〕。この状態では、コンタクトホール６は、基板
１に対して垂直に形成されるが、その上に伸び弾性率が
大きく、硬い材質からなる配線用金属７を烝着すると、
感光性樹脂４は烝着過程で加熱されて（約１４０℃）、
軟化する。その状態で配線用金属７が烝着されるため、
烝着膜の応力などにより、感光性樹脂４のコンタクトホ
ール６の上部にテーパがついたようになる。烝着膜が硬
い材質からなる金属材料であれば、その形が維持され
て、コンタクトホール部での段差被覆性が大幅に改善さ
れる〔図６（ｂ）〕。我々は、この現象を“セルフステ
ップカバリング”と呼ぶことにする。

【００１１】その後の調査で、このような現象は、ニオ
ブ（Ｎｂ) 、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン
（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）およびこれらの金属のいずれか
を主成分として含む金属に特に顕著な現象であることが
判明した。一方アルミニウム（Ａｌ）の配線では、上記
の現象は起きなかった。これらの金属のヤング率を表１
に示す。

【００１２】

【表１】表から見ると、上記の現象が起きるのはヤング率が１×
１０¹¹Ｎ／ｍ²以上の金属であることがわかる。すなわ
ち、ヤング率が１×１０¹¹Ｎ／ｍ²以上と大きく、硬い
材質からなる配線材料では、フォトレジストが軟化した
上に成膜されると塑性変形した状態を保つことができる
ものと思われる。

【００１３】半導体基板上に、酸化膜があれば半導体装
置の安定化がより完全に行われ、信頼性が高められる。
上記の半導体素子の製造方法としては、半導体基板上に
感光性樹脂を塗布し、フォトエッチング法によりパター
ンを形成した後、配線用金属を蒸着すれば、感光性樹脂
の塑性変形を促してテーパー形状のコンタクトホールが
容易に実現できる。

【００１４】

【実施例】以下に、図を参照しながら、本発明の実施例
のコンタクトおよびその形成方法を説明する。図１は、
本発明の第一の実施例の半導体装置のコンタクト部の断
面図である。半導体基板１の表面層に半導体素子２が形
成されている。その表面上に薄い酸化膜３と、その上の
感光性樹脂４にテーパーをもったコンタクトホール６が
形成され、感光性樹脂４上に形成されたＷ膜７と半導体
素子２との接続が行われている。

【００１５】図２（ａ）ないし（ｄ）は、本発明の形成
方法を説明するためのコンタクト部の断面図を、工程順
に示す。半導体素子２が形成された半導体基板１の表面
を１００ｎｍ程度の薄い酸化膜３で表面保護した上に、
ポジティブ型感光性樹脂４を１μｍの厚さに塗布する
〔図２（ａ）〕。ポジティブ型感光性樹脂４としては、
例えば東京応化製ＯＦＰＲ−８００などが使用できる。
次に、コンタクトホールとなる部分のみに光が当たるよ
うなフォトマスクを使用して露光、現像して感光性樹脂
の第一パターン５を形成し、露出した下地の酸化膜３を
乾式エッチングする〔同図（ｂ）〕。この状態でコンタ
クトホール６が形成される。次に配線用金属としてスパ
ッタ法により、Ｗ膜７を０．５μｍの厚さに烝着する
〔同図（ｃ）〕。このスパッタリングの際、基板１が約
１５０℃に加熱され、感光性樹脂４が軟化してパターン
５のエッジ部に傾斜を生じて、前項で述べた“セルフス
テップカバリング”が生じ、コンタクトホール部での段
差被覆性の良いＷ膜７が完成する。その後、通常のフォ
トプロセスにより、Ｗ膜７上に第二パターン８を形成
し、ドライエッチングにより、Ｗ膜７をコンタクト９お
よびその他の所望の形状に加工する〔同図（ｄ）〕。最
後に、感光性樹脂のパターン８を除去して完成する。こ
の方法によれば、絶縁膜の形成工程およびその加工工程
が省かれ（感光性樹脂が代替する）高密度、高集積が図
れるため、プロセスコストの大幅な低減に寄与する。

【００１６】図３（ａ）ないし（ｃ）は、本発明にかか
る別の半導体装置のコンタクト部近傍の断面図を、工程
順に示す。半導体装置によっては、Ａｌのワイヤボンデ
ィング性や配線抵抗の低減などの関係から、配線用金属
としてＡｌを選択せざるを得ないケースがある。そのよ
うな場合は、図１（ｃ）の状態で厚さ０．５μｍのＷ膜
７の代わりに厚さ０．２μｍのＷ膜７と厚さ０．３μｍ
のＡｌ膜１０を連続スパッタ烝着する〔図３（ａ）〕。
その後、通常のフォトプロセスにより、烝着膜を加工
し、Ｗ／Ａｌ配線を形成する〔同図（ｂ）〕。このよう
な方法により、下層のＷ膜７で十分な段差被覆性を得る
とともに、上層のＡｌ膜１０で良好なボンディング性を
確保することができる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、半導体素子の表面保護
膜として、薄い酸化膜を用い、その上に感光性樹脂を形
成して配線との電気的絶縁を保ち、感光性樹脂にコンタ
クトホールを形成した後ヤング率の大きい材質からなる
配線用金属を烝着することにより、その烝着過程で感光
性樹脂のコンタクトホールが塑性変形を受けて段差被覆
性の良いコンタクトが得られる。かかる方法によって、
絶縁膜の形成工程およびその加工工程が省かれ（感光性
樹脂が代替する）高密度、高集積が図れるため、プロセ
スコストの大幅な低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の半導体素子のコンタク
ト部の断面図

【図２】（ａ）ないし（ｄ）は図１の第一の実施例のコ
ンタクト部形成方法を説明するためのコンタクト部分の
断面図を工程順に示した図

【図３】（ａ）ないし（ｃ）は本発明のコンタクト形成
方法に係る別の半導体装置のコンタクト部分の断面図を
工程順に示した図

【図４】（ａ）は従来の半導体装置のコンタクト部分の
断面図、（ｂ）は従来の別の半導体装置のコンタクト部
分の断面図

【図５】（ａ）および（ｂ）はプラグ型コンタクトの形
成方法を説明する断面図

【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明のコンタクト形成
機構を説明する断面図

【符号の説明】

１、１１、２１、３１半導体基板２半導体素子３、１３、２３、３３酸化膜または絶縁膜４感光性樹脂５第一パターン６、１６、２６、３６コンタクトホール７、１７、２７Ｗ膜または配線用金属８第二パターン９、１９、２９、３９コンタクト１０Ａｌ膜３７プラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西澤正人神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板と配線用金属とのコンタクトを
有するものにおいて、感光性樹脂上の配線用金属と半導
体基板とがコンタクトされていることを特徴とする半導
体装置。
【請求項２】半導体基板と配線用金属とのコンタクトを
有するものにおいて、半導体基板上の感光性樹脂の孔を
介して、感光性樹脂上の配線用金属と半導体基板とがコ
ンタクトされていることを特徴とする請求項１に記載の
半導体装置。
【請求項３】配線用金属のヤング率が、１×１０¹¹Ｎ／
ｍ²以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導
体装置。
【請求項４】配線用金属が、ニオブ、モリブデン、タン
グステン、チタンまたはこれらのいずれかを主成分とし
て含む金属であることを特徴とする請求項３に記載の半
導体装置。
【請求項５】半導体基板の表面上に酸化膜を有すること
を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導
体装置。
【請求項６】半導体基板上に感光性樹脂を塗布し、その
感光性樹脂にコンタクトホールを形成した後、配線用金
属を蒸着することを特徴とする請求項１ないし５のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。