JPS58137232A - シリコン半導体装置およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコン半導体装置およびその製法に−するも
のであシ、さらには、シリコン半導体装置における、シ
リコン半導体基体ないしはシリコン半導体薄膜上に形成
された絶縁膜におけるコンタクトｈ孔部の形状およびそ
の製法に関するものである。

本発明に関連する分野の従来の技術の例の１つを船１図
にそって説明する。ここではへ−チャンネル・シリコン
・ゲートを例にとる。Ｐ−型シリコン基体１の一生面に
へ一型拡散層１′、主（３）上にヘー型多結晶シリコン
薄膜２（ゲート電極及び多結晶シリコン配線）、絶縁膜
３が形成された状態（第１図（ａ））において、Ｐ−型
シリコン基体ｌの主面に形成されたべ一型拡散層１′お
よび八−型多結晶シリコン薄膜２に対する絶縁膜３のコ
ンタクト開孔部の形成は、通常フォト・レジストをマス
クとし所定部分をウェット・エツチングないしドライ・
エツチングしてコンタクト開孔ｓ５を得る（第１図（ｂ
ｉ　）。しかる後金＊膜を表面に形成、通常の光蝕刻技
術を用い金属配線層６を得る（第１図（Ｃ））。金属配
線層６を形成するに際し、コンタクト開孔部５は何らか
の物質によシ充填されておらず、絶縁膜３の段部が形成
されているため、まず金属ｌ１ｌＩをデポジットした時
、段部における金輌膜は薄くなシ、極端な場合（すなわ
ちステップ・カバレッジが悪い場合）金属膜はこの部分
で切れてしまう。さらにこの金Ｍ膜から所定の金属配線
層を形成するためのフォト・レジストも、金輌膜と同様
に薄くなるか極端な場合切れてしまう。この様な状態の
もとに金１４１１１１１ｆｔ、フォト・レジストをマス
クにエツチングすると、コンタ、クト開孔部５の段部で
の金輌膜はさらに薄くな９、断線しやすくなるｏ　Ｉｇ
　１囚（Ｃ）に示した７の部分は金属配線層の断１１１
部分の例である。この埃象はシリコン半導体装置の製造
にあたっての参賀を決定する大きな要因であるとともに
品質、信頼性上も大きな問題となっている。

前記従来例を改良し友方法として、第１図（ｂＪの状態
からコンタクト開孔部５にシリコンのＡ択エピタキシャ
ル成長（但しシリコン半導体薄膜２としてのＮ−型多結
晶シリコン薄膜上のコンタクト開孔部ではエピタキシャ
ル成長は起らず、多結晶シリコンとなる。）を行なう方
法が提示されている。１つの方法として、第１図（ｂ）
の状態から、１０００℃以上の高温でエピタキシャル成
長をさせる方法では、絶縁膜及び多結晶シリコン膜上で
は多結晶シリコンとなる。別の方法として、第１図（ｂ
）の状態から４００℃〜６００℃程度の温度で、シラン
系ガスの熱分解によＱアモルファス・シリコンを全面に
デポジットし、レーザー・アニールもしぐは高温熱処理
を行なうことによｐ、Ｐ−型シリコン半導体基体１の主
面に形成された八−型拡散層１′に対するコンタクト開
孔部５上ではエピタキシャル・シリコンが、他のコンタ
クト開孔部５おおよび絶縁膜３上には多結晶シリコンが
形成される。二つの方法ともエピタキシャル結晶形成後
、多結晶シリコンとエピタキシャルシリコンのウェット
エツチングによるエツチング速度の差を利用し、絶縁膜
３上に形成された多結晶シリコンを除去する（ｆ８２図
）ｏＮ−型拡散＃　１’上のコンタクト開孔部５はエピ
タキシャル・シリコン８で不充分ながら充填され、ｈ−
型多結晶シリコン薄膜２上のコンタクト開孔ｓＦｆは多
結晶シリコンぎがまばらに、かつ形状も複雑に残留する
。エピタキシャル・シリコン８がコンタクト開孔部５ｔ
−完全に充填し得ぬのは、エツチング速度の差を利用す
るかぎり避えぬことである。この場合エピタキシャル・
シリコン８の膜厚の制御の困難さは当然としても、コン
タクト開孔部５の絶縁膜３の側壁と充填シリコンである
エピタキシャル・シリコン８との間に空隔が生じやすく
、始めの従来例で示した金属配線層６のコンタクト開孔
部における断１１１ｉｉｉ７は増々起シやすくなる。ｈ
−型多結晶シリコン薄膜２上のコンタクト開孔部ぎには
前述したごとく複雑かつまばらな形状の多結晶シリコン
ビが残貿するが、これは絶縁１１１３上に成長した多結
晶シリコンよシもエツチング速度が遅いことと、下地か
へ−型多結晶シリコンのため多結晶シリコンの成長速度
、グレイン粒の大きさ等が、下地が絶縁膜に比べ大きい
ためである。この様な形状故、この部分での金属配線層
は非常に断線しやすくなるとともに、金属配線工程にお
ける光路光の段階でこの近傍ではフォト・マスクと金属
膜との間の元の多重反射により、フォト・マスクに印刷
された所望のパターンとはことなる異常パターンの発生
が生じやすくなる一０以上の様にこの従来技術例は工業
化には多々の問題が含まれている。

本発明はシリコン半導体装置のコンタクト開孔部にのみ
適切な形状のシリコン膜を充填しておき、後工程の金輌
配線の形成を容易にすることにある。

本発明の適用は例としてヘーチャンネルシリコンゲート
を用いたがＮ１８４１１造、２クイポーラ構造を問わず
、シリコン半導体装置全般に対し可能であることは、い
うまでもないことである。すなわち、従来例の様にコン
タクト開孔部近傍における金属配線層の断線並びに光の
多重反射に伴う異常パターンの発生などを防ぐことを目
的とする。これは、本発明の構造のもとて金属配線層を
形成するとき、従来例に示したのとは異なり、極端な凹
凸はなく、はｙ平坦な面構造の上に形成することが出来
るためである。さらに副次的な目的として、いわえる外
抜きコンタクト（Ｎ−型拡散層１′、Ｎ−型シリコン牛
導体薄１ｌＩＮ！の形状を紘みだした状態に形成された
コンタクト開孔部を指す）を容易にすることＫある。こ
の件に関して多少駁明をする。始めの従来例でも外抜き
コンタクトは原理的に可能であるが、不純物の拡散係数
がシリコン牛導体基体中の方がアモルファス・シリコン
中に比べ小すいため、始めの従来例で外抜きコンタクト
を形成するには、ある程度の高温処理を必豊とするが、
本発明の場合、従来例より低源の熱処理により可能とな
る。またシリコン半導体薄膜に対する外抜きコンタクト
に関しては、従来例１の方法ではコンタクト開孔部が所
望箇所のシリコン半導体薄膜の下面にまで達しく下がえ
ぐられる。）、金属配線層のこの部分での断線は非常に
起シやすくなる。

しかるに、本発明の方法をもってすれば、シリコン半導
体薄膜上の外抜コンタクト部分で、シリコン半導体薄膜
の下面近傍の絶縁膜がえぐりとられていても、アモルフ
ァスシリコンで充分充填され、外抜きといえどもコンタ
クト開孔部近傍ははソ平坦化される故、コンタクト開孔
部近傍における金属配線層の断線の発生は皆無となる。

本発明は上述した様に、平坦なコンタクト開孔部の形成
によシ金属配線層の形成を容易にし、さらには外抜きコ
ンタクトをも容易にすることによｐ、生産性の向上はい
うにおよｄず、信頼性０品質の向上にも大きく寄与する
。

現状では、絶縁膜の開孔部に傾斜を持たせ、スリパテ状
の形状にすることにより、金輪配線層の加工性を確保し
ているが、サブ・ミクロンレベルのシリコン半導体装置
を現行製造技術で形成する時、コンタクト開孔部をスリ
バチ状にすることからコンタクト開孔部まわフのパター
ンのマージンを光分取らねばならず、この部分での１サ
ブ・ｉり霞ン１は実現不可能である。しかるに本発明の
構造、製法をもってコンタクト開孔部を形成すれば、本
確的なサブ・ミクロンデバイスが実現できる０ 本発明の応用として、１つには金楓配Ｓ層の代りに第２
層目のシリコン半導体薄膜としてもよい。

すなわち、ポリシリコン多層配線を容易にする。

２つにはシリコン半導体ｔＩ！膜の代シに金属配線層と
してもよい。すなわち、多場金輌配線を容易にする。こ
れらの応用例をさらに組合せることにより、いわえる３
次元デバイスの実状に大きく寄与するのであろう。

次に本発明の構造、製法の実施例をヘーチャンネル・シ
リコン・ゲートを例に、第３図を用いてｌ１２明するＯ
Ｐ−型シリコン半導体基体ｌの主面にヘー型拡散層１′
が形成され、シリコン半導体薄膜として、八−型多結晶
シリコン電極２、及び多結晶シリコン配線層２、さらに
絶縁膜３からなる構造において、へ−型拡散層ｌ上及び
へ−型多結晶シリコン配線層２上の所定部分の絶縁ｌｌ
！！３のコンタクト開孔部を形成するため、フォト・レ
ジスト４を形成しく第３図（１））、７レオン系ガスに
よるリアクティブ・イオン・エツチングにより、所定部
の絶縁膜を、フォト・レジス）Ｋより形成されたコンタ
クト・パターンと同一径の垂直なコンタクト開孔部を形
成する。

通常ならば、この彼、フォト・レジスト４を除去するの
であるが、本発明ではフォト・レジスト４１−残したま
＼、表面にアモルファス・シリコン９を、コンタクト開
孔部分の絶縁膜とはｙ同−膜厚に、デポジットする（第
３図（ｂ））。このアモルファス・シリコンはデポジッ
ト段階でＮ−型にドープしておいてもよい。アモルファ
ス・シリコンのデポジット方法は、電子銃もしくはスパ
ッターによるシリコンの真空蒸着でもよいが、この場合
には、高真空中でフォト・レジストからガスが発生する
ため、操作に支障をきたすこともある０アモルファス・
シリコンのデポジット方法としては、ハロゲン化シリコ
ンガスのグッズマ中での分解を用いることが望ましい。

この場合、真空蒸着法のように高真空度を保つ必要性は
なく、フォト・レジストからの発生ガスはそれほど１大
な欠陥とはならぬ。また、プラズマ中での分解反応であ
るゆえ、デポジットが５０℃〜２００℃の温度で可能な
ため、フォト・レジストの熱による変質も起フえない。

、次にフォト・レジスト４をリフト・オ７シ、７オト・
レジスト表面に付着していたアモルファス・シリコン膜
９ｔ−フォト・レジスト４と共に除去する。（リアクテ
ィブ・イオン・エツチングを用いなければ、スリバチ状
のコンタクト開孔部のため、す７ト・オフしても第２図
８の様な形状にアモルファス・シリコン１［９Ｈ残り、
不完全な充填となる。）この段階までが本発明のシリコ
ン牛導体装置の構造及び製法である。アモルファス・シ
リコンｌｌｌ５Ｉ−型不純物ドーピングはデポジット） 時に同時に行なうか、もしくはこの段階後イオン注入法
もしくは熱拡散法によル行力えはよい。

次に金属配１ＩｉＪＩＩＩ６を形成し第３図（Ｃ）の構
造を得る０

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図線従来技術を説明した断面図であり、第
３図は本発明の詳細な説明した断面図である。 尚、図において、ｌ・・・・・・シリコン半導体基体、
１′・・・・・・シリコン半導体基体主面に形成された
拡散層、２・・・・・・シリコン半導体薄膜、３・・・
・・・絶縁膜、４・・・・・・フォト・レジスト、５・
・・・・・コンタクト開孔部、６・・・・・・金員配線
層、７・・・・・・金属配線層の断線部分、８・・・・
・・エピタキシャル・シリコン、キ・・・・・・多結晶
シリコン、９・・・・・・アモルファス・シリコン膜０ 第　１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　シリコン半導体基体上もしくはシリコン半導
   体基体およびシリコン半導体薄膜上に形成された絶縁膜
   のコンタクト開孔部が、該絶縁膜と祠程度の膜厚のシリ
   コン膜で充填されていることを特徴とするシリコン半導
   体装置。
2. （２）シリコン半導体基板上もしくはシリコン半導体基
   体およびシリコン半導体薄膜上に形成されたｅ縁膜の所
   定部分を、フォト・レジストをマスクとして、フレオン
   系ガスによるリアクティブ・イオン・エツチングを行っ
   て開孔部を形成してシリコン半導体基体もしくはシリコ
   ン半導体基体およびシリコン半導体基体およびシリコン
   半導体薄膜を絡田し、該絶縁膜と同程貧の膜厚のアモル
   ファス・７リコンａｔデポジツトし、該フォト・レジス
   トをリフト・オフすることにより該絶縁膜と同程度の膜
   厚のシリコン膜を該開孔部に充填する工程を有すること
   を％徴とするシリコン半導体装置の製法。