JPS594057A - コンタクトホ−ル形成方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体製造技術に係わり、特に電気的接続を
とるためのコンタクトホール形成方法の改良に関する。

〔発明の技術乃背景とその問題点〕

近年、半導体装置の小形化及び高集積化がはかられ、所
謂集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ　）　、
さらには超ＬＳＩが試作開発されるに至っている。半導
体装置、特に集積回路の集積密度を向上させるためには
、その回゛路を構成する素子の寸法を益々小さくしてい
く必要がある。このため、微細加工技術の進歩にはめざ
ましいものがあり、ステップアンドリピート方式の縮小
露光、さらには電子線露光方式やＸ線露光方式等の開発
が進んでいる。

しかしながら、微細なパターンを正確に形成し、これを
半導体素子構造に置き換えていくことは容易ではなく、
種々の解決すべく問題が残っている。−例として加工寸
法の縮小は、その精度及び信頼性の慧味において重大な
困難をもたらしており、特に微細な開孔パターン（コン
タクトホール）の形成はその形状からいっても最も困難
なものとされている。すなわち、線幅ｊ〔μｍ〕程度の
溝パターンを解像可能な］　０：］Ｍ小投影型露光装置
を用いたとしても、 １〔μｍ〕×１〔μｍ〕の開孔パターンの解像は実用上
困難であり、特に１回の露光面積を ］　０　［ｍ＋ｎ：］　Ｘ　］　０　［：ｗＪ程度とし
た場合には露光領域周辺部における解像度の低下が激し
く、実用上使用可能な開口・中ターンは１．５〔μｍ〕
Ｘ１．５［μｍ３以上の寸法のものとなってしまう。ま
た、たとえ開孔寸法が１〔μｍ〕程度のレジストｚＪ？
ターンが形成された場合にあっても、通常の光学的方法
ではこのノｆターンをチェックする仁とが困難でｓ、６
１．＝’ロセスのばらつき等をモニタリンクすることが
できない。レジストの最小パターンが小さい程この困難
さは増大することになり、モニタリングのためには解像
度及び拡大率の高い走査型電子顕微鏡等が必要であシ、
モニタリングに要する費用や時間等が極めて大きなもの
となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電気的接続に供される微細なコンタク
トホールを歩留り良く形成することができ、・半導体装
置の微細化及び高集積化等に寄与し得るコンタクトホー
ル形成方法を提供することにある。

〔発明の概快〕

本発明の骨子は、絶縁膜に所望のコンタクトホールよシ
犬径の開孔を形成し、この開孔の側壁に新たな絶縁膜を
設けるようにして上記開孔を形成する際のパターン寸法
に余裕を持たせることにある。

すなわち本発明は、導電層上に設けられた第１の絶縁膜
に、該絶縁膜上に設けられる導電膜と上記導電層との接
続に供されるコンタクトホール−を形成するに際し、ま
ず前記第１の絶縁膜に所望のコンタクトホールより大径
の開孔を形成したのち、上記開孔の側壁を含み前記導電
層及び第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を設け、次いで上
記第２の絶縁膜を一部エッチングし該絶縁膜を上記開孔
の側壁部にのみセルファラインで残存せしめるようにし
だ方法である。

ここで、前記コンタクトポールの加工精１痰を向上させ
るためには、前記開化の側壁に第２の絶縁膜を残存せし
める工作をマスク合わせなしに行う必要があり、これに
は第２の絶縁膜を全面に設けたのち、異方性ドライエツ
チング法により該絶縁膜を全面エツチングする方法が望
ましい。このとき、第２の絶縁膜の形成工程としては、
微細な開孔にもカバーレッジ良く形成できるイオングレ
ーティング法を用いるのが好ましいが、ＣＶＤ法でも可
能である。さらに、微細な開孔を精度良く形成するため
には、レジストを用いたフォトリソグラフィ及び異方性
ドライエツチング法等を用いることが望ましい。また、
開孔の側壁に残存せしめる第２の絶縁膜をよシ高精度に
制御するためにｔよ、第２の絶縁膜を設けたのち、この
絶縁膜上にコントロール用の被膜を堆積し、次いで異方
性ドライエツチング法によりコントロール用被膜を全面
エツチングして該被膜全開孔の側壁部に残存させ、その
後上配性った被膜をマスクとして第２の絶縁膜を工ツチ
ングする方法を用いればよい。このとき、第２の絶縁膜
としてはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等が望ましく
、またコントロール用被膜としては多結晶シリコン等の
半導体、Ａｔ等の金属若しくはその合金或いはレジスト
等の有機膜を用いることが可能である。さらに、第２の
絶縁膜の形成に低温形成可能なイオンシレーティング法
やプラズマＣＶＤ法等を用いた場合、高温でヒロックを
発生したり８１と反応するため配線形成後の高温工程を
避けなければならないＡｔ配線上のコンタクトホール形
成に適用することも可能となる。

一方、前述した工程により形成されるコンタクトホール
の形状は、開孔側壁に残存する第２の絶縁膜により開孔
上部の寸法が大きく、開孔下部の寸法が小さくなる。乙
のため、次工程において配線材料をコンタクトホール内
に入れることが容易となり、配線の信頼性にとっても好
ましいものとなる。また、開孔形成のためにレジストを
用いる場合、レジストノ９ターンは所望のコンタクトホ
ール径より開孔側壁に残存せしめる第２の絶縁膜の２倍
相当幅分だ−は大きくてもよいことになるので、レジス
トｔ４ターンのモニタリングが容易となる。例えば、所
望コンタクトホール径を１〔μｍｌＸ］（μｍ〕とし、
開口側壁に０．３〔μｍ〕幅で第２の絶縁膜を残すもの
とすれば、レジストｉ４ターンの寸法は１．６〔μｍ〕
Ｘ　１．６　［μｍ〕でよいことになる。これは光学顕
微鏡等によっても容易に確認することが可能な寸法であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、コンタクトホールの形成に際し、パタ
ーニングすべき開孔の寸法を所望のコンタクトホール径
よりも大きくすることができる。つまり、・やターニン
グ技術において開孔しなければならない最小寸法を大き
くすることができるので、パターニング限界或いはそれ
以下の微細なコンタクトホールの形成に極めて有効であ
る。しかも、開孔の側壁に残存せしめる第２の絶縁膜の
幅を、マスク合わせ工程なしにｆｆ４Ｊ梢度に制御する
ことができるので、微細なコンタクトホールを歩留り良
く形成することができる。このため、半導体装置、特に
集積回路の小型化及び高集積化に有効である。また、コ
ンタクトホールに第２の絶縁膜からなるテーパを伺ける
こともでき、配線の信頼性向上をはかり得る等の利点が
ある。さらに、開孔を形成するだめに用いられるレジス
トハターンのモニタリング容易化をはかり得る等の利点
もある。

〔発明の実施例〕

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例に係わるＭＯ
Ｓ　Ｌランジスタ製造工程を示す断面図である。

まず、第１図（ａ）に示す如く比抵抗５〜５０〔Ω−画
〕のＰ型（１００）シリコン基板１を用意し、この基板
Ｊの素子分離領域に絶縁膜を埋め込み形成した。次いで
、第１図（ｂ）に示す如くシリコン基板１の素子形成領
域上にダート酸化膜３を形成し、さらにこれらの上に多
結晶シリコン膜４を堆積したのち、該膜４をパターニン
グしてダート電極（導電層）を形成した。続いて、上記
多結晶シリコン膜４からなるケ゛−ト電極をマスクとし
てシリコン基板１にへ８イオンを注入した。

これによシ、シリコン基板Ｊの表面部には、第２図に第
１図（ｂ）の矢視Ａ−Ａ断面を示す如くソース・ドレイ
ン５ｔｈ＋５ｂが形成されることになる。

次に、上記試料の上面に第１図（Ｃ）に示す如くシリコ
ン酸化膜６を５０００　［ｉ］程度形成し、このシリコ
ン酸化膜６上にリンをドープしたシリコン酸化膜７を５
０００［久〕程度形成した。これらのシリコン酸化膜６
，７（第１の絶縁膜）の形成には、周知の気相成長技術
を用い、成長後１０００　［：ｔｌ：：］で１５分程ア
ニールした。次いで、シリコン酸化膜ｚ上にレジスト８
を塗布したのら、周知のフォトリングラフィ技術を用い
ダート電極上にレジスト８０開孔ノ４ターンを形成した
。この開孔パターンの寸法は必要とするコンタクトホー
ルの寸法より０．６〔μｍ′３程度大きい径とした。続
いて、上記レジスト８をマスクとして用い、シリコン酸
化膜７，６を選択エツチングし該膜６，７に開孔を形成
した。このときのエツチング技術としては、サイドエツ
チングの少ない異方性ドライエツチングを用いた。次い
で、レジスト８を除去したのち、第１図（ｄ）に示す如
く試料上面にシリコン酸化膜９（第２の絶縁膜）’に３
０００［λ〕程度形成し、このシリコン酸化膜９を９０
０〔℃〕で４０分程アニールした。

なお、このシリコン酸化膜９の形成をイオンル−ティン
グ法で行うことによシ、前記開孔の側壁にシリコン酸化
膜９を十分厚く形成することができた。

次に、ＣＦ４とＩ（２との混合ガスによるリアクティブ
イオンエツチング法を用い、シリコン酸化膜９をその膜
厚相当分だけ全面エツチングした。

これによシ、第１図（、）に示す如くシリコン酸化膜９
を前記開孔の側壁にのみ残存させることができ、シリコ
ン酸化膜９で囲まれる開孔の寸法を必要とするコンタク
トホール寸法と略等しくすることができた。つまり、シ
リコン酸化膜９を前記開孔の側壁に０．３〔μｍ〕幅程
度残すことができ、シリコン酸化膜６，７に予め形成さ
れた開孔の寸法ｆ）　０．６　［１１ｍ′３桿度小さく
することができた。

なお、この後上記試料上に第１図（ｆ）に示す如（Ａｔ
合金膜１０を被着し、このＡｔ合金膜１ｏを）９ターニ
ングすることにより、ＮチャネルＭＯＳトランジスタが
形成されることになる。第３図はこのＭＯＳ　）ランジ
スタの平面図を示すものであシ、図中１１が前記シリコ
ン酸化膜６，７゜９からなるコンタクトホールを示して
いる。また、１２．１３はソース・ドレイン５ａ、５ｂ
とＡｔ配線膜１４．１５との接続をとるためのコンタク
トホールであり、これらのコンタクトホール１２，１３
を前記した工程で形成してもよいのは勿論のことである
。

かくして本実施例方法によれば、Ｍｏｓトランジスタの
ｒ−ト電極とＡｔ合金膜１ｏとの接続に供される微細な
コンタクトホールを形成するに際し、パターニングすべ
き開孔の寸法を必要とするコンタクトホール径より大き
くすることができる。さらに、開孔の側壁に残存せしめ
るシリコン酸化膜９の幅制御を、マスク合わせ工程なし
に精度良く行うことができる。したがって、微細なコン
タクトホールを歩留り良く形成することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記第１の絶縁膜は２層に限るものではな
く、単層或いは３層以上の多層構造であっても何ら差し
支えない。さらに、第１の絶縁膜はシリコン酸化膜に限
るものではなく、シリコン窒化膜その他の絶縁膜で代替
できる。同様に第２の絶縁膜としてシリコン窒化膜を用
いてもよいのは、勿論のことである。まだ、第】の絶縁
膜に形成する開孔の寸法は、所望するコンタクトホール
寸法及び第２の絶縁膜の残存幅等の条件に応じ′て適宜
定めればよい。

さらに、前記導電層はダート電極等の多結晶シリコン膜
に限るものではなく、半導体基板表面に形成されたソー
ス・ドレイン等の拡散層或いはイオン注入層であっても
よい。また、ＭＯＳ　トランジスタに限らず、各種の半
導体装置の製造に適用できるのは勿論のことである。要
するに本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例に係わるＭＯ
Ｓ　トランジスタ製造工程を示す断面図、第２図は第１
図（ｂ）の矢視Ａ−Ａ断面図、第３図は上記実施例トラ
ンジスタを示す平面図である。 １・・・シリコン基板（半導体基板）、３・・・ダート
酸化膜、４・・・多結晶シリコン膜（導電層）、６．７
・・・シリコン酸化膜（第１の絶縁膜）、８・・・レジ
スト、９・・・シリコン酸化膜（第２の絶縁膜）、１０
・・・Ａｔ合金膜（導電膜）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電層上に設けられた第１の絶縁膜に、該絶縁膜
   上に設けられる導電膜と上記導電層との接続に供される
   コンタクトホールを形成する方法において、前記第１の
   絶縁膜に所望のコンタクトホールよシ大径の開孔を形成
   する工程と、次いで上記開孔の側壁を含み前記導電層及
   び第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を設ける工程と、しか
   るのち上記第２の絶縁膜を一部エッチングし該絶縁膜を
   前記開孔の側壁にのみセルファラインで残存せしめる工
   程とを具備したことを特徴トスるコンタクトホール形成
   方法。
2. （２）前記導電層は、導電性被膜よ多形成されたｒ−）
   電極或いは配線用電極であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のコンタクトホール形成方法。
3. （３）前記導電層は、半導体基板の表面に形成された不
   純物ドーピング層であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のコンタクトホール形成方法。
4. （４）　　前記導電膜は、２層目の配線として用いられ
   るＡｔ膜或いはＡｔ合金膜であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のコンタクトホール形成方法。
5. （５）　　前記第２の絶縁膜は、イオンシレーティング
   法によ多形成したシリコン酸化膜であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のコンタクトホール形成方
   法。
6. （６）　　前記第２の絶縁膜を前Ｈｅ開孔の側壁にのみ
   残存せしめる工程として、異方性エツチング法により上
   記第２の絶縁膜を全面エツチングすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のコンタクトホール形成方法
   。