JPH09153468A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH09153468A
JPH09153468A JP31292095A JP31292095A JPH09153468A JP H09153468 A JPH09153468 A JP H09153468A JP 31292095 A JP31292095 A JP 31292095A JP 31292095 A JP31292095 A JP 31292095A JP H09153468 A JPH09153468 A JP H09153468A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 下地に段差のあるコンタクトホール内に均一
にバリアメタル層を均一に形成されたものはなかった。 【解決手段】 絶縁膜6から成るサイドウォールを有す
るゲート電極5間の半導体基板1に形成された拡散層3
b上及び上記サイドウォール6a上に所定の形状のポリ
シリコン膜7を有し、上記ポリシリコン膜7全面に、遷
移金属又は高融点金属のシリサイド膜9及び該遷移金属
又は高融点金属のナイトライド膜10の2層からなるバ
リアメタル層が形成され、該バリアメタル層を介して、
層間絶縁膜11に形成されたコンタクトホールに埋設さ
れたタングステンプラグ12と上記ポリシリコン膜7と
が電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、ポリ
シリコンを用いた自己整合コンタクト構造を有する半導
体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSI等の半導体装置においては、集積
度の増大の要求から、素子上のゲート電極の密集パター
ンにコンタクトする技術が強く求められている。層間絶
縁膜にフォトリソグラフィ技術によって形成したレジス
トマスクを用いてコンタクトホールを形成する方法で
は、解像限界、位置合わせ余裕をとる等の微細なコンタ
クトを形成するのには限界がある。ゲート電極が密集す
るパターンにコンタクトする技術としては、ゲート電極
とその側壁にサイドウォール絶縁膜とを形成し、ゲート
電極間に形成された拡散層上及び上記サイドウォール上
に、パターニングしたポリサイドを形成し、コンタクト
パッドとして用いる自己整合コンタクト(Self−A
ligned Contact:SAC)が有望であ
る。従来、このようなコンタクトに対して、ポリサイド
(タングステンシリサイド(WSiX)/ポリシリコ
ン)等の配線層又はコンタクトプラグを形成する。
【0003】図3を用いて従来の自己整合コンタクトを
有する半導体装置の製造工程を説明する。
【0004】まず、通常のMOSトランジスタの形成工
程により、シリコン基板21上にゲート絶縁膜23形成
後、ゲート電極となるポリシリコン膜24及びタングス
テンシリサイド膜25を積層し、さらにその上にシリコ
ン酸化膜26を形成し、ゲート電極形状にパターニング
し、イオン注入により、ソース/ドレイン領域の低濃度
不純物領域22bを形成する。その後全面に絶縁膜を堆
積し、エッチバックを行って、ゲート電極の側壁にサイ
ドウォール27を形成後、イオン注入により、ソース/
ドレイン領域の高濃度不純物領域22aを形成する。次
に、絶縁膜28を約500Å程度堆積させる(図3
(a))。
【0005】次に、コンタクトホール形成のためのフォ
トレジスト29のパターニングは、ゲート電極の一部を
オーバーラップするようにし、絶縁膜28のエッチング
はウエットエッチ及びドライエッチを併用し、半導体基
板21をオーバーエッチしないようにする(図3
(b))。これにより、微細なゲート電極パターン間に
コンタクトを形成することが可能になり、セル面積の縮
小に効果がある。
【0006】次に、ポリサイド膜(ポリシリコン膜31
及びタングステンシリサイド膜32)及びNSG膜33
を堆積させ(図3(c))、NSG膜33を介して、イ
オン注入により、ポリサイド膜に不純物をドーピングし
た後、ポリサイド膜上のNSG膜33をウエットエッチ
により除去する。その後パターニングしたフォトレジス
トにより、ポリサイド膜をエッチングする。このように
して製造されたポリサイド配線を有する自己整合コンタ
クトは、図3(d)に示すような断面構造を有する。
【0007】上述のようにポリサイド配線構造のほか
に、微細コンタクトホールを用いる場合には、タングス
テンを用いてプラグを形成する技術が用いられる。この
タングステンプラグを用いる場合、タングステンが基板
に拡散するの防ぐため、タングステンプラグと基板との
間にチタンナイトライド層/チタン層からなるバリアメ
タルを形成する方法が一般的である。また、ポリサイド
配線構造においてもアルミシリサイドを用いた場合、基
板へのアルミニウムの拡散が生じ、同様の手法が取られ
ると考えられる。
【0008】上記バリアメタル形成には、異方性スパッ
タを行うコリメータ等を装着したスパッタ装置がコンタ
クト底部にバリアメタル層を十分に成膜できる点で有望
視される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板の
ゲート電極間にポリサイドを形成し、層間絶縁膜を形成
し、コンタクトホールを形成する自己整合コンタクト技
術を用いた場合、コンタクトホール形成後にバリアメタ
ルを形成することになる。コリメータを装着したスパッ
タ装置によるバリアメタルの形成では、スパッタの堆積
が異方性を有するため、問題点の説明に供する図である
図4に示すように微細なコンタクトホール内の傾斜部に
おいては成膜しにくく、バリアメタル36の被覆は不完
全である。この結果、タングステン35がポリシリコン
膜31を通して、シリコン基板21内に拡散し、接合リ
ークが増大するという問題点がある。
【0010】本発明は、下地に段差構造をもつ微細コン
タクトホールに対しても、良好なカバレッジでバリアメ
タル層を有する半導体装置を提供することを目的とする
ものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
半導体装置は、絶縁膜から成るサイドウォールを有する
複数のゲート電極間の半導体基板に形成された拡散層上
及び上記サイドウォール上に所定の形状のポリシリコン
膜を有し、上記ポリシリコン膜全面に、遷移金属又は高
融点金属のシリサイド膜及び該遷移金属又は高融点金属
のナイトライド膜の2層からなるバリアメタル膜が形成
され、該バリアメタル膜を介して、層間絶縁膜に形成さ
れたコンタクトホール内に形成される導電層と上記ポリ
シリコン膜とが電気的に接続されていることを特徴とす
るものである。
【0012】また、請求項2記載の本発明の半導体装置
の製造方法は、絶縁膜から成るサイドウォールを有する
複数のゲート電極間の半導体基板に形成された拡散層上
及び上記サイドウォール上に所定の形状のポリシリコン
膜を形成する工程と、該ポリシリコン膜全面に遷移金属
又は高融点金属を堆積させる工程と、熱処理により、上
記ポリシリコン膜と遷移金属又は高融点金属とを反応さ
せ、上記遷移金属又は高融点金属のシリサイド膜を形成
する工程と、未反応の遷移金属又は高融点金属を除去し
た後、窒素雰囲気中で上記シリサイド膜を熱処理するこ
とにより、表面に上記遷移金属又は高融点金属のナイト
ライド膜を形成する工程と、層間絶縁膜を形成後、上記
ポリシリコン膜上部にコンタクトホールを形成し、該コ
ンタクトホール内に導電層を形成し、上記シリサイド膜
及びナイトライド膜を介して上記導電層と上記ポリシリ
コン膜とを電気的に接続する工程とを有することを特徴
とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態に基づい
て本発明について詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の一実施の形態の、半導体装
置の構造断面図であり、図2は図1に示す半導体装置の
製造工程図である。図1及び図2において、1はシリコ
ン基板、2はアイソレーション酸化膜、3aは低濃度不
純物拡散層、3bは高濃度不純物拡散層、4はゲート絶
縁膜、5はゲート電極、6は絶縁膜、6aはサイドウォ
ール、7はポリシリコン膜、8はチタン(Ti)膜、9
はチタンシリサイド膜、10はチタンナイトライド膜、
11は層間絶縁膜、12はタングステンプラグ、13は
配線を示す。
【0015】本実施の形態においては、チタン膜を用い
ているが、高融点金属、遷移金属として、Ti、Co、
W、Ni、Mo、TaやTiW等の、ポリシリコンと反
応してシリサイド層を形成するものが用いられる。
【0016】本発明の半導体装置は、図1に示すよう
に、絶縁膜6から成るサイドウォール6aを有するゲー
ト電極5間の半導体基板1に形成された高濃度不純物拡
散層3b上及び上記サイドウォール6a上に所定の形状
のポリシリコン膜7を有し、上記ポリシリコン膜7全面
に、遷移金属又は高融点金属のシリサイド膜9及び該遷
移金属又は高融点金属のナイトライド膜10の2層から
なるバリアメタル層が形成され、該バリアメタル層を介
して、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホールに
埋設された導電層と上記ポリシリコン膜とが電気的に接
続されている。バリアメタル層のうち、ナイトライド膜
10が拡散バリアの働きをし、シリサイド膜9はコンタ
クト抵抗を低減する働きをする。
【0017】次に、図2を用いて本発明の一実施の形態
の半導体装置の製造工程を説明する。
【0018】まず、従来の技術により、シリコン基板1
上にゲート絶縁膜5を介してポリシリコンから成るゲー
ト電極4を形成し、ゲート電極4をマスクにイオン注入
により低濃度不純物拡散層3aを形成する。その後、絶
縁膜を全面に形成し、エッチバックにてサイドウォール
を形成した後、イオン注入にて高濃度不純物拡散層3b
を形成する。
【0019】次にポリシリコン膜7を500Å程度形成
し、ポリシリコン膜7にひ素As(リンPの注入でも適
用可能である。)を注入エネルギーを80keV、ドー
ズ量を6×1015cm-2としてイオン注入した後、所定
の形状にパターニングする。ポリシリコン膜7への注入
条件は、ショートシャネル効果抑制とケルビン抵抗の低
減の両面から最適化したものである。例えば、ドーズ量
を大きくすると、ショートチャネル効果は悪化し、少な
くすると抵抗が増大する傾向にある。
【0020】次に、スパッタ装置を用いて厚さが300
〜2000Å程度のチタン膜8を形成する。この場合、
チタン膜8が全てチタンシリサイド膜とすることが望ま
しい(後の未反応のチタン膜を除去する工程が省け
る。)ことから、膜厚は300Å程度が望ましい(図2
(a))。チタン膜8の堆積には、段差部に対するカバ
レッジが良好な、CVD法やコリメータを用いないスパ
ッタ法による成膜が好ましい。
【0021】次に、RTAを用いて窒素雰囲気中で55
0℃〜700℃、特に675℃程度で約30秒間加熱す
ると、チタン膜8とポリシリコン膜7との反応が起こ
り、シリサイド膜9が形成される(図2(b))。70
0℃を越えると、シリサイド化が急激に起こってしま
い、好ましくない。この際の未反応のチタン膜7と絶縁
膜上のチタン膜7はH2SO4+H22+H2O系の混合
溶液で約150℃でエッチング除去する。これの未反応
チタン膜8の除去工程は、未反応チタン膜8は残ってい
ると、後のシリサイド膜9を低抵抗化するための850
℃程度での熱処理の際、シリサイド化が更に進み、接合
リークが増加したり、ゲート電極と拡散層との間のショ
ートが生じることがあるため行われる。上述の工程によ
り、ポリシリコン膜7全面にチタンシリサイド膜9が表
出する。
【0022】次に、窒素雰囲気中で800℃以上、好ま
しくは850℃で10秒間で熱処理し、チタンシリサイ
ド膜9が低抵抗化するために必要な構造とするととも
に、チタンシリサイド膜9表面にチタンナイトライド膜
10を形成する(図2(c))。
【0023】次に、従来技術を用いて、層間絶縁膜11
を形成し、コンタクトホールを形成した後、タングステ
ンプラグ12を形成し、アルミニウム配線13を通常の
スパッタ法で形成する(図2(d))。
【0024】尚、本実施の形態において、タングステン
プラグ12を用いた工程について説明したが、プラグを
用いず、直接コンタクトパッドとなるポシリシコン膜に
配線をコンタクトする場合においても、配線とコンタク
トパッドとなるポリシリコン膜との間に本発明に係るバ
リアメタルを適用することは可能である。
【0025】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いると、下地に段差を有するコンタクトホールに対し
て良好に被覆されたバリアメタル層を得ることができ、
プラグに用いるタングステンや、配線に用いるアルミニ
ウムの拡散による接合リークを大幅に低減できる。
【0026】したがって、微細なコンタクトを有する半
導体装置が製造可能となり、LSIの微細化、高集積化
が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の半導体装置の構造断面
図である。
【図2】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程
図である。
【図3】従来の半導体装置の製造工程図である。
【図4】従来の問題点の説明に供する図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 アイソレーション酸化膜 3a 低濃度不純物拡散層 3b 高濃度不純物拡散層 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 絶縁膜 6a サイドウォール 7 ポリシリコン膜 8 チタン膜 9 チタンシリサイド膜 10 チタンナイトライド膜 11 層間絶縁膜 12 タングステンプラグ 13 配線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜から成るサイドウォールを有する
    複数のゲート電極間の半導体基板に形成された拡散層上
    及び上記サイドウォール上に所定の形状のポリシリコン
    膜を有し、 上記ポリシリコン膜全面に、遷移金属又は高融点金属の
    シリサイド膜及び該遷移金属又は高融点金属のナイトラ
    イド膜の2層からなるバリアメタル膜が形成され、該バ
    リアメタル膜を介して、層間絶縁膜に形成されたコンタ
    クトホール内に形成される導電層と上記ポリシリコン膜
    とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 絶縁膜から成るサイドウォールを有する
    複数のゲート電極間の半導体基板に形成された拡散層上
    及び上記サイドウォール上に所定の形状のポリシリコン
    膜を形成する工程と、 該ポリシリコン膜全面に遷移金属又は高融点金属を堆積
    させる工程と、 熱処理により、上記ポリシリコン膜と遷移金属又は高融
    点金属とを反応させ、上記遷移金属又は高融点金属のシ
    リサイド膜を形成する工程と、 未反応の遷移金属又は高融点金属を除去した後、窒素雰
    囲気中で上記シリサイド膜を熱処理することにより、表
    面に上記遷移金属又は高融点金属のナイトライド膜を形
    成する工程と、 層間絶縁膜を形成後、上記ポリシリコン膜上部にコンタ
    クトホールを形成し、該コンタクトホール内に導電層を
    形成し、上記シリサイド膜及びナイトライド膜を介して
    上記導電層と上記ポリシリコン膜とを電気的に接続する
    工程とを有することを特徴とする、半導体装置の製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100358175B1 (ko) * 1998-12-24 2002-12-18 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의텅스텐비트라인제조방법
WO2002073667A3 (en) * 2001-03-14 2003-03-13 Honeywell Int Inc Formation of a frontside contact on silicon-on-insulator substrate
KR100527577B1 (ko) * 1999-12-24 2005-11-09 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 제조방법

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US6603166B2 (en) 2001-03-14 2003-08-05 Honeywell International Inc. Frontside contact on silicon-on-insulator substrate

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