JPS6047738B2 - 半導体装置のコンタクト形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置のコンタクト形成方法に関し、そ
れより改善された新規な方法を提供することを目的とし
ている。

半導体装置の電極配線材料として最も多く使われるも
のにアルミがあるが、アルミは半導体材料として最も多
く使われるシリコンと合金反応が進みやすい。

半導体基板表面近傍に形成された拡散層上にアルミ電極
を形成する際、その拡散層が浅く形成されていると合金
反応によつてアルミがその拡散層をつき抜け半導体基板
とアルミ電極間に導電路が形成され漏洩電流が生じる。
また、絶縁膜に開孔部を設け、そこに不純物を”導入
して拡散層を形成し、その際形成された絶縁膜を除去す
るため全面から絶縁膜を薄く除去してのち電極配線を形
成するいわゆるウォッシュ・アウト （ｗａｓｈｏｕｔ
）と呼ばれる自己整合的なコンタクト形成法はバイポー
ラ・トランジスタの製造・においてよく用いられるが、
その際開孔部が広がりすぎて、絶縁膜中の開孔部が拡散
層より広くなることがある。

その結果、電極配線が拡散層のみでなくその外側の半導
体基板とも接触し短絡が生じる。また開孔部周辺の段部
において、その段差が大きい場合または電極配線の幅が
狭い場合、電極配線に断線を生じることがある。

このように従来よりコンタクト形成に伴なつて種々の困
難があつた。

本発明はこれらの問題点を解決するための簡単かつ確実
な方法を提供するものである。

本発明の基本的構成は開孔部周辺の段部を少くとも含ん
で多結晶半導体膜を被着せしめ、それを半導体基板にほ
ぼ垂直に入射するエッチングガスによりエッチして開孔
部周辺近傍にのみ多結晶半導体膜のパターンを形成する
ことから成る。

以下実施例にそつて説明する。第１図はコンタクト開孔
部周辺の段部側面に沿つて多結晶半導体膜を形成する場
合の実施例を示したものである。

工程Ａにおいては半導体基板１に酸化膜２をマスクとし
て不純物導入用開孔部３から不純物が導入されて拡散層
４が形成される。例えばｐ型基板に燐を導入する場合は
ＰＯＣｌ３を不純物源とする熱拡散法や燐イオンのイオ
ン注入法を用いる。例えばＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）のソース●ドレインあるいは
バイポーラトランジスタのエミッタ等においては表面濃
度が１Ｃｆ０ｃｍ−３以上になる如く不純物導入の条件
が選ばれるのが普通である。また、イオン注入法を用い
る場合、加速電圧５０ＫＶ１ドーズ量５×１０１５ｃｍ
−３の条件で薄い酸化膜５を通して燐イオンが注入され
る。

この後、ア．ニーリングを兼ねて熱処理を施こしつつ接
合深さを所望の値、例えば０．７ミクロンに増大せしめ
て拡散層４を形成する。次の工程Ｂにおいては、この上
から多結晶半導体膜例えば多結晶シリコン６を６５０℃
程度の温度！で０．５〜１ミクロンの厚さに堆積せしめ
る。これにはシランガス（ＳｉＨ４）を用いる気相成長
法（ＣｈｅｍｊｃａｌＶａｐＯｒＤｅｐＯｓｉｔｊＯｎ
）によるのが一般的である。多結晶シリコンは絶縁膜２
の上面２ａ１側面２ｂおよび開孔部３の底面の薄い絶縁
膜・５上にもほぼ同じ膜厚になる如く成長する。ここで
膜厚は各面に垂直方向の多結晶シリコンの厚さで定義す
る。本発明においては絶縁膜２の側面２ｂが基板１の表
面に対して垂直に近く急峻であること、すなわち同図中
のθが７０−８０峻以上であることが望ましく、かつそ
の急峻な側面２ｂに被膜（今の例では多結晶シリコン）
が成長することが必要である。次の工程Ｃでは、ドライ
エッチングにより多結晶シリコン６を選択的に除去する
。

絶縁膜２の側面２ｂ近傍すなわち開孔部３の周辺近傍の
みを拡大して示してある。ドライエッチングとしてはイ
オン・ビーム・エッチングやスパッタリングの如ｌく例
えばアルゴンイオンの衝突エネルギーを利用する方法と
、反応性スパッタエッチングやプラズマエッチングの如
く主としてフレオン系（ＣＦ４、ＣＦ２Ｃｌ２ｅｔｃ）
のガスの化学反応を利用する方法とがある。前者の場合
イオンの衝突エネルギーにより半導体装置に大きな損傷
を与えることがあり、またエッチングにあまり選択性が
ないので適用範囲に制限がある。後者のうちプラズマエ
ッチングの場合、活性ラジカルＦ＊の如きエッチングガ
スが基板表面に向つていろんな方向から入射するため、
エッチングは等方的に進行する。

これに対して、平行な二つの電極間に試料が置かれる反
応性スパッタリングにおいては基板表面に垂直な方向に
電界が印加されるためエッチングガスもほぼそれに沿つ
て基板表面にほぼ垂直な方向から入射する。ガスの圧力
が高いとガス分子またはイオン同志の衝突・散乱により
垂直な方向以外からの入射が増えるが、０．０１７ｒ０
ｎＨｙ近傍またはそれ以下の圧力では約１度以内の広が
りでほとんど垂直入射と見なせることが既に知られてい
る。本発明においては基板表面に対して垂直に入射する
エッチングガスを利用する。

これにより工程Ｃにおいて多結晶シリコン膜６をエッチ
する。面６ａおよび６ｃはガスの入射方向と垂直なので
エッチ速度が大きい。各面の垂直方向への膜の後退速度
がエッチ速度であるが、傾斜面６ｂはガスの入射方向に
対して傾いているので、ガスの入射量が面６ａ，６ｃに
比して少なくその結果エッチ速度が小さい。したがつて
傾斜角θが十分大きければ、傾斜面６ｂは同図において
ほとんど右方向へは移動せず、下方（すなわち基板表面
）へ向つて平向移動する如くエッチされていく。エッチ
ングの進行状況を時間の推移ち→Ｔ２→Ｔ３に応じて点
線で示してある。絶縁膜２の上面２ａおよび開孔部３の
底面から多結晶シリコンがちようど除去された時間がＴ
３である。多結晶シリコンの厚さをＤｐエッチング速度
をＶ。とすればＴ３＝ＤＰＳ／■ｏである。エッチング
を時間Ｔ３またはそれを余り超過しない範囲で停止する
と、部分６″に多結晶シリコン６が形成される。

かくして絶縁膜２中に設けられた開孔部３の周辺におい
て絶縁膜の側面２ｂおよびその近傍を覆う如く微細なパ
ターン６″が形成される。反応性スパッタリングではフ
レオン１２（ＣＦ２Ｃｌ。）を用い、ガス圧力０．０１
ｗｍＨｇ１高周波電力４００Ｗの条件で多結晶シリコン
をエッチングすると、エッチング速度は大体２０００Ａ
／分で、その時酸化膜のエッチ速度はその約１１４〜１
１６なので、ドライエッチング中に薄い酸化膜５が除去
されてしまわない範囲でエッチングを停止することは容
易である。多結晶シリコンの微細なパターン６″の幅Ｗ
は既に述べた理由により多結晶シリコン６の厚みにほぼ
等しい。

次の工程Ｄで多結晶シリコンの微細なパターン６″をマ
スクにして薄い酸化膜５を除去する。

これには弗素酸渾、フッ化アンモニウムＮｌｌｌＦの混
液を用いる。これによつて拡散層４の表面を露出せしめ
、コンタクト開孔部３″を形成する。次に工程Ｅにおい
てアルミを真空蒸着で被着せしめ写真蝕刻法により開孔
部３″を覆う如くアルミパターン７を形成する。その後
アルミパターン７と拡散層４との電気接触を確実にする
ため４５０〜５００℃程度の温度でシンター処理を行つ
てコンタクト形成が完了する。シンター処理においてア
ルミとシリコン基板との間に合金反応が起こり、シリコ
ン基板に浸蝕孔（ビット）が生じる。

場合によつてはその浸蝕孔は１〜２ミクロンの深さにも
達し、この実施例の如く拡散層４が浅いと、それを貫通
してアルミ７と基板１間に導電路が形成される。この合
金反応の進行度合はアルミと接触しているシリコン基板
の単位面積当りのアルミの量と関係があり、アルミの量
が多い程反応が進む。一般にコンタクト開孔部３″より
もアルミの電極配線が大きく形成されるから、開孔部３
゛の周辺においてはその中央部におけるよりもシリコン
基板の単位面積当りのアルミの量が多いことになり、し
たがつて浸蝕孔は主として開孔部３″の周辺で生じ易い
。これに対して本発明においては開孔部３″周辺に多結
晶半導体膜６″が形成され、それが開孔部３″の外側の
アルミと反応するため、拡散層４が浸蝕される度合が減
少する。これにより電極配線７と基板１間に導電路が形
成されることが少なくなる。多結晶半導体膜６″を開孔
部３周辺に形成するに際し、特別のフォトマスク（ガラ
ス乾板）を要しない、すなわち写真蝕刻工程を経ていな
いことは本発明の特徴の一つである。これは本発明が先
の工程で形成された形状に沿つて新たな被膜を形成する
自己整合的な製造方法であるためである。なお工程Ｂに
おいて、薄い酸化膜５を除去してから多結晶半導体膜６
を堆積せしめても良いが、その時は工程Ｃにおいて多結
晶半導体膜６のドライエッチを精密に制御し拡散層４の
表面が余り除去されないよう注意する必要がある。さも
ないと拡散層４の表面不純物濃度が低下し電極配線７と
の接触抵抗が大きくなる恐れがある。以上の説明におい
ては、基板１への不純物を導入するための開孔部３とコ
ンタクト開孔部３″とが自己整合的に作られる場合につ
いて述べたが、拡散層４を形成後、一旦拡散層４上を絶
縁膜て覆い、コンタクト形成マスクを用いて写真蝕刻法
により、拡散層４上の任意の領域から上記絶縁膜を除去
して開孔部３を設ける場合にも本発明は適用されるもの
である。

不純物導入のための開孔部３によつてコンタクト開孔部
３″の形状を規定するに際し従来から行ノわれている自
己整合的なコンタクト形成法（いわゆるＷａｓｈＯｕｔ
）の場合、例えば第１図Ａの状態で、全面を酸化膜エッ
チ液に浸して拡散層上から酸化膜を除去する必要がある
が、その時、拡散層４の接合深さが浅いと、酸化膜をオ
ーバーエッチ７して開孔部３が拡散層４より広くなり、
後に電極配線を施こすと、電極配線が基板１と短絡する
危険がある。

しかし第１図の工程に従うと、開孔部３の内側にその周
辺に沿つて、多結晶半導体膜６″の下に薄い酸化膜５″
が形成されているので、上記のような危険はなくなる。
工程Ｃにおいて、絶縁膜２の上面２ａ上から多結晶半導
体膜６が丁度除去された時点でドライエッチを停止した
ために、絶縁膜２とほぼ同じ高さになる如く多結晶半導
体膜６″が形成されているが、さらにドライエッチング
を続行して多結晶半導体膜６″の高さを絶縁膜２の上面
２ａより十分低くしても良い。

この間、すなわち時刻ち以降は酸化膜５もエッチされる
ので、酸化膜５が除去されてしまつて拡散層４の表面ま
て除去されることのないような範囲内でエッチングを停
止した方が良い。酸化膜のエッチ速度はシリコンのそれ
の１１４〜１Ｌ程度には出来るので、酸化膜５が１００
０Ａ以上であれば、多結晶半導体膜６″の高さを４００
０〜６０００人程度絶縁膜２より低くすることが出来る
。多結晶半導体膜６″の高さを絶縁膜２の厚さのほぼ半
分にした場合を第２図に示す。第２図においては開孔部
３″の周辺の段差が多結晶半導体膜６″によつて階段状
になつている。

電極配線７は第１図においてはほぼ絶縁膜２の厚さを一
度に渡らねばならないが、第２図ではそれを２段階に分
けて渡ることになり、実効的に段差の高さが半減したこ
とになる。一般に段部においてはそこを渡る電極配線の
幅が細く形成され、その段差が大きいか、あるいは電極
配線が細い場合段部において断線を生じることが多い。
しかるに第２図の如く開孔部３″の周辺の段差を階段状
にしておけばそのような断線の発生を少なくすることが
できる。上記の説明において多結晶半導体膜６を被着せ
しめるのに気相成長法を用いたが、これに限ることなく
、絶縁膜の側面２ｂ上に成長する方法であればどのよう
な方法でも良い。

また膜６は多結晶である必要はなく、絶縁膜２の側面に
おいて成長したために非単結晶であるというに過ぎない
。一般に電極配線はコンタクト開孔部外にも伸びる如く
形成されているので、開孔部周辺においては半導体基板
の単位面積当りの電極線材料の量が開孔部中心部よりも
多い。シンター処理における合金反応は電極配線材料中
における半導体の濃度．がある一定値になる如く進行す
るから、開孔部周辺ではより多く合金反応が進行する。
また開孔部周辺においては絶縁膜一半導体間の応力によ
り欠陥が発生しやすい。これらの理由により開孔部周辺
においてより深く大きい浸蝕孔が出来易い。これに対し
て本発明においては開孔部周辺に沿つて多結晶半導体膜
が形成されていてそれが半導体の供給源となるので基板
そのものの浸蝕される度合が減少する。またその多結晶
半導体膜と半導体基板間に酸化膜を介在せしめることに
より、電極配線と拡散層との接触す不個所を開孔部周辺
から遠ざけることが出来る。

これらのことによつて、拡散層と基板間が短絡されるこ
とのないようコンタクトが形成される。浅い接合を有す
る拡散層において、電極配線との合金反応がより大きな
問題であるので、本発明はそのような場合のコンタクト
形成に対して、一ｌ層効果的である。

しかも本発明は、先に形成された形状にしたがつて後か
ら被着せしめられた被膜が形成される自己整合的な方法
であるので、開孔部周辺に沿つて多結晶半導体膜を形成
するために特別のマスクを必要としない。

しかも工程上も、単に被膜を被着せしめてドライエッチ
ングをするだけであり極めて簡便かつ制御性の良い方法
である。拡散マスクとしての絶縁膜中に設けられた不純
物導入用開孔部から不純物を半導体基板に導入し゛て拡
散層を形成し、全面をエッチ液に浸漬してその不純物導
入用開孔部内の絶縁膜を除去してコンタクト開孔部を形
成する自己整合的コンタクト形成法においてはコンタク
ト開孔部が拡散層より広がる危険がある。

しかるに本発明によれば、不純物導入用開孔部周辺の内
側に多結晶半導体膜が形成されるためにコンタクト開孔
部の方が不純物導入用開孔部すなわち拡散層よりも必ら
ず小さくなり従来の如き危険が解消する。また上記多結
晶半導体膜の高さを開孔部周辺の絶縁膜の厚さのほぼ半
分にしておくことにより、開孔部周辺での段差が実効的
に減少する。

このため従来問題であつたコンタクト開孔部周辺での段
差により電極配線が細くなつたり、断線したりすること
が少なくなる。半導体装置の微細化が進む程このことは
重大な問題になつてくるが本発明はそのような場合、よ
り効果的に適用される。以上のように本発明はコンタク
ト形成に伴なう種々の問題点を解決する有用性の高いも
ので、半導体装置におけるコンタクト形成に大きく寄与
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ上は本発明の一実施例にかかるコンタクト形成
方法の工程図、第２図は開孔部周辺の段差を軽減せしめ
た本発明の他の実施例の断面図である。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・酸化膜、２
ａ・・・・・・上面、２ｂ・・・・・・側面、３，３″
・・・・・・開孔部、４・・・・・拡散層、５・・・・
・・薄い酸化膜、６・・・・・・多結晶シリコン、６２
・・・・多結晶シリコンパターン、７・・・・・・アル
ミパターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上の絶縁膜に所望の形状の開孔部を設け
   たのち、多結晶半導体膜を被着せしめ、上記基板表面に
   ほぼ垂直にエッチングガスを入射せしめて上記多結晶半
   導体膜のドライエッチングを行ない、上記開孔部周辺の
   上記絶縁膜側面およびその近傍のみを覆う如く上記多結
   晶半導体膜のパターンを形成し、上記開孔部に電極配線
   を形成することを特徴とする半導体装置のコンタクト形
   成方法。 ２ 多結晶半導体膜を被着せしめる以前に開孔部内の半
   導体基板表面に絶縁膜より薄い絶縁被膜を成長せしめて
   おき、上記絶縁膜側面およびその近傍のみを覆う如く上
   記多結晶半導体膜のパターンを形成して、上記多結晶半
   導体膜のパターンに覆われていない部分の上記絶縁被膜
   を除去して電極配線を形成することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の半導体装置のコンタクト形成方
   法。 ３ 絶縁膜側面およびその近傍のみを覆う多結晶半導体
   膜のパターンの高さを上記絶縁膜の厚さのほぼ半分にな
   る如くドライエッチングを行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の半導体装置のコンタクト形成方
   法。 ４ 半導体基板上の絶縁膜に所望の形状の不純物導入用
   開孔部を設け、上記不純物導入用開孔部から不純物を導
   入して上記基板に拡散層を形成し、上記不純物導入用開
   孔部周辺の上記絶縁膜側面およびその近傍のみを覆う如
   く多結晶半導体膜のパターンを形成して上記拡散層に自
   己整合的にコンタクト開孔部を設けることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置のコンタクト
   形成方法。