JPS62132349A - Improvement of stepped part - Google Patents

Improvement of stepped part

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JPS62132349A
JPS62132349A JP28053686A JP28053686A JPS62132349A JP S62132349 A JPS62132349 A JP S62132349A JP 28053686 A JP28053686 A JP 28053686A JP 28053686 A JP28053686 A JP 28053686A JP S62132349 A JPS62132349 A JP S62132349A
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refractory metal
forming
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ユン・チャウ・イェン
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は一般に集積回路製作方法に関し、かつ特に、
超大規模集積(VLSI)半導体ダイス製作における段
部被覆を改良するための方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention This invention relates generally to integrated circuit fabrication methods, and more particularly to:
A method for improving step coverage in very large scale integration (VLSI) semiconductor die fabrication.

関連技術の説明 集積回路製作におけるVLS夏技術の研究および開発は
、個々の構成要素のジオメトリ゛−が性能を改良し、か
つより良い製造の歩留りのためにチップ区域を保存する
ように耐えず縮小される半導体チップを生じた。ダイス
の極微の寸法における固有の問題の1つは、個々の構成
要素の相互接続が個々の能動構成要素上に形成された層
において、1個の構成要素につき1個または2個以上の
コンタクト穴の充填を必要とすることである。これらの
穴は、「コンタクト窓」および「穴」としても周、知で
あり、典型的には絶縁体を介して、電気的に結合される
べき各能動素子のコンタクト区域に通じる。すなわち、
裸眼には半導体ダイスは平坦であるように見えるが、そ
れは実際、非平面状の周囲である。
DESCRIPTION OF RELATED ART Research and development of VLS technology in integrated circuit fabrication allows the geometries of individual components to be reduced to improve performance and save chip area for better manufacturing yields. A semiconductor chip was produced. One of the problems inherent in the extremely small dimensions of the die is that the interconnections of the individual components are formed on the individual active components in the layers where one or more contact holes per component are formed. This is because it requires filling. These holes, also known as "contact windows" and "holes," lead, typically through an insulator, to the contact area of each active element to be electrically coupled. That is,
Although a semiconductor die appears flat to the naked eye, it actually has a non-planar perimeter.

現在、縮少は水平方向に行なわれ、垂直方向の寸法は、
比例してスケール決めされるのではない。
Currently, the reduction is done horizontally, and the vertical dimension is
It is not scaled proportionally.

これにより、一般に「段部被覆」と呼ばれる、製作方法
における非常に深刻な問題が生じる。VLSrでは、構
成要素の表面区域に対する水平方向の寸法は、現在1ミ
クロンの範囲に近づき、サブミクロンの寸法測定は突破
ターゲットとして考えられる。しかしながら、穴の垂直
方向の高さまたは深さは、寄生容認効果のような有害な
現象によりこのスケール決めに従わない可能性がある。
This creates a very serious problem in the fabrication process, commonly referred to as "step covering." In VLSr, the horizontal dimension to the surface area of the component is currently approaching the 1 micron range, and submicron dimension measurements are considered as a breakthrough target. However, the vertical height or depth of the hole may not follow this scaling due to deleterious phenomena such as parasitic tolerance effects.

この技術の一般の状態における標準電気的相互接続機構
は、基本的には金属のパターン化された薄膜である。相
互接続を形成するための方法手順は、一般に「金属化]
と呼ばれる。特に、一般に用いられる金属化の方法は、
様々な構成要素の間に所望の相互接続を完了するために
、チップ区域全体に生成されかつサブストレートの拡散
領域、ポリシリコンライン、および下に横たわる金属ラ
インに通じる穴をエツチングするシリコン二酸化物(「
酸化物」)のように絶縁体層上に金属層をスパッタする
ことである。
The standard electrical interconnect mechanism in the current state of the art is essentially a patterned thin film of metal. Method steps for forming interconnects are generally referred to as “metallization”
It is called. In particular, commonly used metallization methods include
To complete the desired interconnections between the various components, silicon dioxide (SiO2) is created throughout the chip area and etched holes leading to the substrate diffusion regions, polysilicon lines, and underlying metal lines. "
It is the sputtering of a metal layer onto an insulator layer (such as a metal oxide).

第1図で示されるように、VLS Iダイスにおける相
対的に深いコンタクト穴は、適切な段部被覆を与えるス
パッタされた金属膜に適していない。
As shown in FIG. 1, the relatively deep contact holes in VLS I dice are not suitable for sputtered metal films that provide adequate step coverage.

その結果、不充分な段部被覆を生じる。不充分な段部被
覆の結果、乏しい信頼性およびウェハ上に形成された多
くの動作しない素子の両方を、すなわち低い製造歩留り
を生じる。
The result is insufficient step coverage. Inadequate step coverage results in both poor reliability and many non-working devices formed on the wafer, ie, low manufacturing yield.

もし金属化が相互構造の層であるならば、金属層上でプ
ラナ化か行なわれなければ段部被覆の問題は、後に生成
された層においては一層ひどくなる。
If the metallization is a layer of interstructure, the problem of step coverage is exacerbated in later produced layers unless planarization is performed on the metal layer.

不充分な段部被覆を克服する1つの方法は、金属化層が
形成された後それをプラナ化するように試すことである
。この方法は、相対的に高い温度の方法である。高温は
、能動構成要素が形成される半導体層に有害な結果をも
たらし得る。1つのこのような結果は、ドープされた領
域の横方向かつ垂直方向の拡がりである。バイポーラト
ランジスタでは、たとえば外因性のベース領域は真性の
ベース領域を介してかつエミッタ領域内に拡がるかも知
れず、または接合の深さは埋没されたコレクタ領域に向
かって拡がり、その結果、より低い破損電圧を生じるか
も知れない。金属酸化物半導体(MOS)とバイポーラ
素子の両方において、不純物の移動が加熱サイクルの間
生じ得る。
One way to overcome insufficient step coverage is to attempt to planarize the metallization layer after it is formed. This method is a relatively high temperature method. High temperatures can have deleterious consequences for the semiconductor layers in which active components are formed. One such result is the lateral and vertical extent of the doped regions. In bipolar transistors, for example, the extrinsic base region may extend through the intrinsic base region and into the emitter region, or the junction depth may extend toward a buried collector region, resulting in lower breakdown. It may generate voltage. In both metal oxide semiconductor (MOS) and bipolar devices, impurity migration can occur during heating cycles.

他の方法は、酸化物層に相対的に高い燐(P)の集束を
作り、かつコンタクト穴の角を滑らかにするためのコン
タクトエツチングの後、高温を用いることである。再び
、不利な点はMOSトランジスタのソース/ドレインの
形成の後の不所望の高温サイクルである。構造物全体は
、後の金属化方法のために相対的に不充分な表面の輪郭
を保有する。P型のドープされた酸化物に対する高温の
必要条件を克服するために、酸化物は硼素(B)と燐(
P)の両方をドープされ得る。しかしながら、これは酸
化膜の組成物の方法制御という困難を導入する。
Another method is to use high temperature after contact etching to create a relatively high phosphorus (P) focus in the oxide layer and smooth the corners of the contact hole. Again, a disadvantage is the undesired high temperature cycling after the formation of the source/drain of the MOS transistor. The entire structure retains a relatively poor surface contour for subsequent metallization methods. To overcome the high temperature requirements for P-type doped oxides, the oxides contain boron (B) and phosphorus (
P) can be doped with both. However, this introduces difficulties in method control of the composition of the oxide film.

さらに他の方法は、テーバされた穴を生じるエツチング
技術を採用することである。しかしながら、この方法は
非常に繊細なマスキング動作を必要とする。このような
技術の再生性を達成することは困難である。
Yet another method is to employ etching techniques that produce tapered holes. However, this method requires very delicate masking operations. Reproducibility of such techniques is difficult to achieve.

さらに他の方法は、低圧での気相反応、すなわち低圧化
学的気相成長(LPGVD)方法を採用することにより
段部被覆を改良するように開発された。しかしながら、
LPGVD金属は高抵抗率および膜の瀝さの均一性の欠
損を被る。
Still other methods have been developed to improve step coatings by employing gas phase reactions at low pressure, ie, low pressure chemical vapor deposition (LPGVD) methods. however,
LPGVD metals suffer from high resistivity and lack of film toughness uniformity.

段部被覆を改良する他の方法は、1985年7月310
出願の、本件出願と同一譲受人に譲渡された米国特許出
願第761,206号(サングー(Sander))で
教示された、ドープされたポリシリコンプラグおよびエ
ツチングバックプラナ化技術である。
Other ways to improve step coverage are described in 310 July 1985.
No. 761,206 (Sander), commonly assigned to the present application, doped polysilicon plug and etchback planarization techniques.

一般に、不充分な段部被覆により半導体チップ製造業者
は、VLSIと反対の技術を用いるように強いられる。
Generally, insufficient step coverage forces semiconductor chip manufacturers to use technology opposite to VLSI.

例として、p型領域がn型ウェルに設けられてもよく、
かつコンタクトがp型領域に対してのみなされなければ
ならないコンプリメンタリMOS (CMOS)素子に
対するような、穴の高い精度の整列が保証されるように
、内部に傾斜する側壁を有する、すなわち相対的に広い
窓口を保育し、間隔削減を抑制する穴の形成が組まれる
As an example, a p-type region may be provided in an n-type well,
and have internally sloped sidewalls, i.e. relatively wide, so that a high precision alignment of the holes is guaranteed, such as for complementary MOS (CMOS) devices where contacts have to be made only to the p-type region. Holes are designed to protect the counter and reduce spacing.

半導体サブストレートのドープされた領域の接合の深さ
が浅いために、関連の問題である「スパイキング」がV
LSI素子に生じ得る。アルミニウムのような金属が直
接接触すると、金属の原子は接合を介して構成要素構造
物のより低い層に移動し得る。これもまた結果的に、歩
留りおよび信頼性の損失を生じる。
Due to the shallow junction depth of the doped region of the semiconductor substrate, a related problem of "spiking"
This can occur in LSI devices. When metals such as aluminum come into direct contact, atoms of the metal can migrate through the bond to lower layers of the component structure. This also results in yield and reliability losses.

それゆえに、集積回路製作技術に対し、優れた抵抗のコ
ンタクトを提供し、またより優れた縮少性を有する段部
被覆を改良する必要がある。
Therefore, there is a need for improved step coverings that provide superior resistance contacts and have better shrinkability for integrated circuit fabrication technology.

発明の要約 この発明の目的は、VLS I集積回路のための段部被
覆の改良を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of this invention to provide improved step coverage for VLS I integrated circuits.

この発明の他の目的は、集積回路の信頼性、性能および
製造歩留りを改良することである。
Another object of the invention is to improve integrated circuit reliability, performance and manufacturing yield.

この発明のさらに他の目的は、予め製作されたダイス領
域での熱効果が最少にされるように導電性穴プラグを形
成するための相対的に低い温度の集積回路製作方法を提
供することである。
Yet another object of the invention is to provide a relatively low temperature integrated circuit fabrication method for forming conductive hole plugs such that thermal effects in prefabricated die areas are minimized. be.

この発明のさらに他の目的は、金属パターン化方法のた
めのマスキング動作を緩和する後の金属化方法のために
より優れた表面の輪郭を提供することである。
Yet another object of the invention is to provide better surface contours for subsequent metallization processes that alleviate masking operations for metal patterning processes.

その基本的見地においては、この発明は、半導体集積回
路ダイスにおける能動構成要素領域を覆うコンタクト穴
に導電性プラグを形成することにを改良する方法を提供
する。シリコンを基本にしたチップのためのポリシリコ
ンのようなアモルファス半導体材料の層は、実質的にコ
ンタクト穴を充填するように形成される。好ましい実施
例では、フィラーは導電率を向上させるようにドープさ
れる。耐火性金属の層は、ポリシリコン上に形成される
。ポリシリコンおよび耐火性金属は、焼鈍しにより反応
され、それによって実質的に穴に延在するポリサイド材
料が作られる。結果として生じる構造物は、それから穴
に導電性ポリサイドプラグを残して予め定められた程度
まで取り除かれる。
In its basic aspects, the present invention provides an improved method for forming conductive plugs in contact holes overlying active component areas in semiconductor integrated circuit dice. A layer of amorphous semiconductor material, such as polysilicon for silicon-based chips, is formed to substantially fill the contact holes. In a preferred embodiment, the filler is doped to improve conductivity. A layer of refractory metal is formed over the polysilicon. The polysilicon and refractory metal are reacted by annealing, thereby creating a polycide material that substantially extends into the holes. The resulting structure is then removed to a predetermined extent leaving a conductive polycide plug in the hole.

後の金属相互接続層は、それによってより優れた段部被
覆を提供する。導電性ポリシリコンまたはポリサイドプ
ラグが形成される様々な実施例が開示される。
Later metal interconnect layers thereby provide better step coverage. Various embodiments are disclosed in which conductive polysilicon or polycide plugs are formed.

この発明の利点は、この方法が実質的に均一の穴プラグ
を提供して、実に様々な大きさのコンタクト窓のために
用いられ得ることである。
An advantage of the invention is that the method provides substantially uniform hole plugs and can be used for contact windows of a wide variety of sizes.

この発明の他の利点は、様々な層のための製作ニブ この発明のさらに他の利点は、この方法のMが相対的に
低い温度を必要とし、それによって前に形成されたダイ
スの構成要素への有害な結果を最少にすることである。
Another advantage of this invention is that the fabrication nibs for the various layers are The objective is to minimize harmful consequences to

この発明のさらに他の利点は、ポリサイドエツチング速
度がポリシリコンまたは酸化物上に選択力を有するので
、エツチングのための決定点検出がより正確であること
である。
Yet another advantage of the present invention is that decision point detection for etching is more accurate because the polycide etch rate is selective on polysilicon or oxide.

この発明の他の目的、特徴および利点は、各図を通じて
同じ参照符号が同じ特徴を示す、以下の詳細な説明およ
び添付の図面を考察して明らかになるであろう。
Other objects, features and advantages of the invention will become apparent upon consideration of the following detailed description and accompanying drawings, in which like reference numerals indicate like features throughout the figures.

この説明において参照される図面は、もし特定に注目さ
れるのでなければ、同−比では描かれていないと理解さ
れるべきである。さらに、図面は、この発明に従って製
作された集積回路の一部分のみを例示するように意図さ
れている。
The drawings referred to in this description are to be understood as not being drawn to scale unless specifically noted. Furthermore, the drawings are intended to illustrate only a portion of an integrated circuit made in accordance with the present invention.

発明の詳細な説明 さてこの発明の特定の実施例を詳細に参照すると、それ
はこの発明を実施するために発明者によって現在企図さ
れた最良のモードを例示する。代わりの実施例もまた簡
単に説明される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Reference will now be made in detail to specific embodiments of this invention, which illustrate the best mode presently contemplated by the inventors for carrying out the invention. Alternative embodiments are also briefly described.

集積回路の構成要素の製作方法で用いられる共通の技術
の詳細を記述する刊行物が多いことが、認められるべき
である。たとえば、フェアチャイルド−−7−ポレーシ
ョン(Fai rchi 1dCorporation
)が1979年に版権を得た、レストン・パブリッシン
グeカンパニー。
It should be appreciated that there are many publications detailing common techniques used in the fabrication of integrated circuit components. For example, Fairchild Corporation
) was copyrighted in 1979 by Reston Publishing e-Company.

インコーホレーテッド(Reston  Publis
hing  Co、、Inc、)の「半導体および集積
回路製作技術J  (Semiconductor  
&  Integrated  C1rcuit  F
abrication  Techniques)を参
照されたい。それらの技術は一般に、この発明の構造物
の製作に採用され得る。さらに、このような方法の個々
の工程は、商業的に人手可能な集積回路製作機械を用い
て行なわれ得る。この発明の理解に特に必要であるので
、例示の技術データが現在の技術に基づいて述べられる
。この技術における将来的発展は、当業者に明らかであ
るように適当な調整を必要とするかもしれない。
Incoholated (Reston Publicis)
``Semiconductor and Integrated Circuit Manufacturing Technology J (Semiconductor
& Integrated C1rcuit F
See abduction techniques). Those techniques can generally be employed in fabricating the structures of this invention. Furthermore, individual steps of such methods may be performed using commercially available integrated circuit fabrication machinery. Exemplary technical data is set forth based on current technology, as it is particularly necessary for understanding this invention. Future developments in this technology may require appropriate adjustments as will be apparent to those skilled in the art.

第2a図は、たとえば、商業的に入手可能な、軽くドー
プされたシリコンウェハのセクションであるウェハのサ
ブストレート10を示す。この発明を説明する目的のた
めに、ウェハのサブストレート10は、多くの能動構成
要素領域およびコンタクト区域を有する1つまたは2つ
以上の集積回路チップが構成され、かつ回路設計に従っ
て電気的相互接続を形成するように金属化の準備がされ
ている工程まで既に処理されていることが仮定されるべ
きである。
Figure 2a shows a wafer substrate 10, for example a section of a commercially available lightly doped silicon wafer. For purposes of describing this invention, a wafer substrate 10 is defined as one or more integrated circuit chips having a number of active component areas and contact areas and electrical interconnections according to a circuit design. It should be assumed that the material has already been processed to the point where it is prepared for metallization to form.

1つのこのような構成要素領域12は、サブストレート
10の表面14に横たわる。たとえば、サブストレート
10は単結晶のシリコンサブストレートまたはp型導電
性を有するように軽くドープされたこのようなサブスト
レート上に成長されたエピタキシャル層であってもよい
。構成要素領域12は、たとえばバイポーラトランジス
タのコレクタまたは電界効果トランジスタのドレイン領
域として作用するためにn十型導電性を有するように多
くドープされたシリコン領域であってもよい。コンタク
ト領域12の機能的性質にかかわらず、コンタクト穴1
6は、電気的相互接続がコンタクト領域12に対してな
され得るようにサブストレート10に重畳するシリコン
二酸化物(「酸化物」)のような誘電体のまたは絶縁体
の層18に既に形成されている。穴16はまた、たとえ
ば相互接続ラインまたはチップのゲートされた土台上に
開かれてもよい。
One such component area 12 lies on the surface 14 of the substrate 10 . For example, substrate 10 may be a single crystal silicon substrate or an epitaxial layer grown on such a substrate lightly doped to have p-type conductivity. The component region 12 may be a silicon region heavily doped with n+ type conductivity, for example to act as a collector of a bipolar transistor or a drain region of a field effect transistor. Regardless of the functional nature of the contact area 12, the contact hole 1
6 has already been formed in a dielectric or insulating layer 18, such as silicon dioxide (“oxide”), overlying the substrate 10 so that electrical interconnections can be made to the contact regions 12. There is. Holes 16 may also be drilled, for example, on interconnect lines or gated bases of the chip.

ポリシリコン20のようなアモルファス半導体材料の層
が形成される。穴16の幅は相対的に狭いように思われ
るが、周知の技術を用いて容易に充填される。化学的気
相成長(CVD)またはプラズマ向上されたCVDのよ
うな従来の生成技術が、ポリシリコン層20を形成する
ように採用され得る。この層は、CVDサイクルにおけ
るPH1またはPOC(U3の後の拡散により、相対的
に低い抵抗率を有するようにドープされ得る。代わりに
、ポリシリコン層20はコンタクト領域12の導電型に
依存するアクセプタまたはドナー原子を用いて周知のイ
オン注入技術によりドープされ得る。生成されたポリシ
リコンの全体の厚さは、ポリシリコン20が、形成サイ
クルの等角柱にかかわらずほとんどプラナ状の表面23
を形成するように選択される。
A layer of amorphous semiconductor material, such as polysilicon 20, is formed. Although the width of hole 16 appears relatively narrow, it is easily filled using well-known techniques. Conventional production techniques such as chemical vapor deposition (CVD) or plasma enhanced CVD may be employed to form polysilicon layer 20. This layer can be doped to have a relatively low resistivity by diffusion after PH1 or POC (U3) in a CVD cycle. or doped with donor atoms by well-known ion implantation techniques.
selected to form a

耐火性金属層22がポリシリコン20上に形成される。A refractory metal layer 22 is formed over polysilicon 20.

例示の適当な耐火性金属は、チタン(T)タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、およ
びプラチナ(Pt)である。
Exemplary suitable refractory metals are titanium (T), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), and platinum (Pt).

スパッタ生成は、一般の方法技術である。Sputter generation is a common method technique.

次に、形成されたポリシリコン20および耐火性金属2
2の層状にされた構造物は、ポリシリコン20および金
属22がポリサイド材料24を形成するために反応する
ようにされるために加熱処理サイクルを介して置かれる
。典型的なサイクルパラメータは、窒素またはアルゴン
外囲気でおよそ30分ないし1時間、600℃ないし9
00℃で炉のチューブ内で加熱する。高温での短期間の
熱の焼鈍し方法もまル、採用されてもよい。
Next, the formed polysilicon 20 and refractory metal 2
The layered structure of 2 is placed through a heat treatment cycle to allow polysilicon 20 and metal 22 to react to form polycide material 24. Typical cycle parameters are approximately 30 minutes to 1 hour at 600°C to 90°C under a nitrogen or argon atmosphere.
Heat in a furnace tube at 00°C. Short-term thermal annealing methods at elevated temperatures may also be employed.

ポリシリコン20および耐火性金属22の相対的な厚さ
は、選択された材料の反応特性および導電性プラグが形
成されるべき穴の寸法に依存する。
The relative thicknesses of polysilicon 20 and refractory metal 22 depend on the reactivity properties of the selected materials and the dimensions of the hole in which the conductive plug is to be formed.

たとえば1オングストロームの厚さのチタンの層が、お
よそ2.51オングストロームのポリサイドチタン珪化
物層を形成するようにおよそ2.27オングストローム
のポリシリコンと反応することが周知である。ポリサイ
ドプラグを形成するために、第2b図で示されるように
、穴16のポリシリコン20の全体またはほとんど全体
がポリサイド24を形成するように反応される厚さを選
択することが望ましい。
For example, it is well known that a 1 angstrom thick layer of titanium reacts with approximately 2.27 angstroms of polysilicon to form an approximately 2.51 angstroms of polycide titanium silicide layer. To form a polycide plug, it is desirable to select a thickness such that all or nearly all of the polysilicon 20 in hole 16 is reacted to form polycide 24, as shown in FIG. 2b.

第2b図は、ポリシリコン20および耐火性金属22の
相対的厚さに依存して、反応していないポリシリコン2
(Iの残留の層がサブストレート10の表面14の穴1
6内に残ってもよい方法の加熱処理サイクルに続く構造
物を示す。ポリシリコン2(Iかドープされ、かつ残留
物が非常に薄くされ得るので、抵抗は低くなる。それゆ
え、コンタクト領域12とポリサイド24の間のオーム
接触が確実にされる。
FIG. 2b shows unreacted polysilicon 20, depending on the relative thicknesses of polysilicon 20 and refractory metal 22.
(The remaining layer of I is in the hole 1 of the surface 14 of the substrate 10
FIG. Since the polysilicon 2 (I) is doped and the residue can be made very thin, the resistance is low. Therefore, an ohmic contact between the contact region 12 and the polycide 24 is ensured.

もし領域12が浅い接合領域であるならば、コンタクト
領域12の、サブストレート10との接合を介するポリ
サイドの浸蝕または「スパイキング」を妨げるために、
このポリシリコン20゛の残留物を故意に残すように相
対的な厚さおよび熱サイクルパラメータを算定すること
が望ましいかもしれない。より深い接合領域または金属
相互接続層のコンタクト穴に対して、ポリシリコンを完
全にポリサイドに変えるように反応が行なわれ得る。
If region 12 is a shallow junction region, to prevent erosion or "spiking" of the polycide through the junction of contact region 12 with substrate 10;
It may be desirable to calculate the relative thickness and thermal cycling parameters to intentionally leave a residue of this polysilicon 20°. For deeper junction regions or contact holes in metal interconnect layers, a reaction can be performed to completely convert the polysilicon to polycide.

この発明の重要な局面は、反応の性質により与えられる
制御である。耐火性金属22の厚さは、ポリシリコン2
0の周知の厚さおよび穴16の周知の深さにより決定さ
れ得る。それゆえに、金属22の厚さは、ポリシリコン
もしくはポリサイドまたはポリサイド上のポリシリコン
プラグのいずれかが、チップ構造が製作されるという性
質に依存して穴16に残留するように、予め決定され得
る。以下に述べられた実施例もまた、この特徴を示す。
An important aspect of this invention is the control afforded by the nature of the reaction. The thickness of the refractory metal 22 is the same as that of polysilicon 2.
0 and the known depth of the hole 16. Therefore, the thickness of metal 22 can be predetermined such that either polysilicon or polycide or a polysilicon plug on polycide remains in hole 16 depending on the nature of the chip structure being fabricated. . The examples described below also exhibit this feature.

反応していない金属の残留層22゛もまた、加熱処理サ
イクルにかかわらず残存する。それゆえに、いかなる反
応していない純粋な耐火性金属層22′も従来の清掃力
A程を用いて除去される。
A residual layer 22' of unreacted metal also remains regardless of the heat treatment cycle. Therefore, any unreacted pure refractory metal layer 22' is removed using conventional cleaning force A.

その後、ポリサイド24は、酸化物18から除去される
が穴16に残留するように部分的にエツチングされる。
Polycide 24 is then partially etched such that it is removed from oxide 18 but remains in hole 16.

エツチングは、緩衝されたフッ化水素酸または塩素プラ
ズマエッチャントのような従来の化学的エッチャントを
用いて行なわれ得る。
Etching can be performed using conventional chemical etchants such as buffered hydrofluoric acid or chlorine plasma etchants.

こうして、第2C図で示されるように導電性ポリサイド
プラグは実質的に穴を充填する。構造物全体が、既に実
質的にプラナ状にされている。典型的にはアルミニウム
のマスキングおよびスパッタリングまたは金属珪化物の
相互接続構造を形成することにより生成される、後に形
成された金属化層(例として、1982年9月30日出
願の、かつ本件出願と同−輪受入に譲渡された、ウォレ
スン他の米国特許出願筒430,188号を参照された
い)もまた、実質的にプラナ状になる。
Thus, the conductive polycide plug substantially fills the hole as shown in FIG. 2C. The entire structure is already substantially planarized. A subsequently formed metallization layer, typically produced by masking and sputtering aluminum or forming a metal silicide interconnect structure (see, for example, the patent application filed September 30, 1982, and the present application). (see U.S. patent application Ser. No. 430,188 to Wallacen et al., assigned to Co., Ltd.) also becomes substantially planar.

それゆえ、金属層の生成は、より優れた段部被覆を与え
る。さらに、このような金属層は実質的にプラナ状の形
状を自動的に有する。これは、もしさらに他の層か金属
層に重畳して構成されるベテであるならば、当然、極め
て重要となる。    ・ポリサイドプラグ24′は、
よりずっと低い抵抗率を有するという点で、単一のポリ
シリコンプラグに付加的利点を提供する。たとえば、こ
の発明に従って形成されたチタン珪化物プラグは、ポリ
シリコンプラグより約3のオーダの大きさの低い抵抗を
有する。
Therefore, the creation of a metal layer provides better step coverage. Furthermore, such a metal layer automatically has a substantially planar shape. This, of course, becomes extremely important if the coating is constructed overlapping other layers or metal layers.・Polycide plug 24' is
It provides an additional advantage over a single polysilicon plug in that it has a much lower resistivity. For example, a titanium silicide plug formed in accordance with the present invention has a resistance approximately three orders of magnitude lower than a polysilicon plug.

実施例 1×1×1ミクロン(長さx幅×深さ)の寸法を有する
穴に、穴を充填し、かつ酸化物上で10゜000オング
ストローム高くなっているポリシリコン層が形成された
。チタンは、0.85ミクロンの厚さを有するようにポ
リシリコン上にスパッタされた。構造物は、N2外囲気
で4F30分間、900℃まで加熱された。残留の純粋
なチタンは、H20□と混合されたNH,OHにより除
去された。ポリサイドは、10対1のBOEで化学的に
エツチングされた。これは、実質的に穴を充填するTi
 S i2のポリサイドプラグを残した。
EXAMPLE 1 A hole having dimensions of 1 x 1 x 1 micron (length x width x depth) was formed with a polysilicon layer filling the hole and rising 10.000 angstroms above the oxide. Titanium was sputtered onto the polysilicon to have a thickness of 0.85 microns. The structure was heated to 900°C for 30 minutes at 4F with a N2 ambient atmosphere. The remaining pure titanium was removed by NH,OH mixed with H20□. The polycide was chemically etched with a BOE of 10:1. This essentially fills the hole with Ti
The Si2 polycide plug was left in place.

第3a図で示されるように、相対的に狭い穴16に対し
て、ポリシリコン20および耐火性金属22の生成物に
より穴16のほぼ中央の上に尖形30を生じる可能性が
ある。尖端において、耐火性金属の厚さがスパッタ全体
の厚さの10ないし50%の間で変化し得る。この状態
を処理するための第1の代わりの組の方法の工程が、第
3b図ないし第3d図に示される。先に述べられた技術
では、反応されるべき必要な耐火性金属22の厚さは、
充填されるべき穴の深さに従って決定された。この代わ
りに、金属22の厚さは、酸化物18上に生成されたポ
リシリコン20の厚さにより決定される。いくつかの製
作応用にとっては、後者の方がより決定しやすいかもし
れない。しかしながら、余分の方法の工程が必要とされ
る。多くドープされたLPGVDポリシリコン20は、
穴16の幅の約2分の1の厚さtに生成される。
As shown in FIG. 3a, for relatively narrow holes 16, the product of polysilicon 20 and refractory metal 22 can create a cusp 30 approximately over the center of the hole 16. At the tip, the thickness of the refractory metal can vary between 10 and 50% of the total sputter thickness. A first alternative set of method steps for handling this situation is shown in Figures 3b-3d. In the previously described technique, the required thickness of the refractory metal 22 to be reacted is:
Determined according to the depth of the hole to be filled. Instead, the thickness of metal 22 is determined by the thickness of polysilicon 20 produced over oxide 18. For some fabrication applications, the latter may be easier to determine. However, extra method steps are required. The heavily doped LPGVD polysilicon 20 is
The thickness t is approximately half the width of the hole 16.

第3b図で示されるように、加熱処理サイクルは、ポリ
サイド24が酸化物18の主表面32に対して形成され
るまで続く。耐火性金属22の厚さが変化するため、ポ
リサイド24と反応していないポリシリコン21との間
のインターフェイスは、絶縁体層18の表面32の平面
においては実質的に平坦になる。既に述べられたように
、ポリサイド24がそれから取り除かれる。
The heat treatment cycle continues until polycide 24 is formed on the major surface 32 of oxide 18, as shown in FIG. 3b. Due to the varying thickness of refractory metal 22, the interface between polycide 24 and unreacted polysilicon 21 is substantially planar in the plane of surface 32 of insulator layer 18. The polycide 24 is then removed as already mentioned.

この工程では、構造物の主表面32を本質的にプラナ化
するポリシリコンプラグ21が既に形成されていること
が再び注目され得る。もしポリサイド上のドープされた
ポリシリコンの比較的高い抵抗率が集積回路の性能に臨
界的でないならば、金属化方法の工程がすぐに行なわれ
得る。
It may be noted again that in this step a polysilicon plug 21 has already been formed which essentially planarizes the main surface 32 of the structure. If the relatively high resistivity of doped polysilicon on polycide is not critical to the performance of the integrated circuit, the metallization process step can be performed immediately.

さて第3c図を参照すると、構造物の表面32上に他の
耐火性金属層34が形成される。層34の厚さは、穴1
6の深さにより決定される。再び、金属34が穴16の
ポリシリコンプラグ21と反応するようにされるために
加熱処理サイクルが行なわれる。第3d図で示されるよ
うに、反応の後、プラグ21はポリサイド24″に実質
的に変えられている。
Referring now to Figure 3c, another refractory metal layer 34 is formed on the surface 32 of the structure. The thickness of layer 34 is
Determined by the depth of 6. Again, a heat treatment cycle is performed to cause metal 34 to react with polysilicon plug 21 in hole 16. After reaction, the plug 21 has been substantially converted into polycide 24'', as shown in Figure 3d.

耐火性金属の残留物22がそれから、取り除かれるかま
たは構成要素の相互接続を形成する際に用いられ得る。
Refractory metal residue 22 may then be removed or used in forming component interconnects.

上記のように、再びポリシリコン20′の薄い層はプラ
グ21とコンタクト領域12の間にそのまま残されて示
される。
As above, again a thin layer of polysilicon 20' is shown left in place between plug 21 and contact region 12.

他の代わりの実施例が、第4a図から第4d図まで示さ
れる。この実施例は、相対的に深いだけでなく相対的に
幅の広いコンタクト窓に関する。
Other alternative embodiments are shown in Figures 4a to 4d. This embodiment relates to a contact window that is not only relatively deep but also relatively wide.

ポリシリコンの生成物の幅および等角柱の結果として、
穴16内への最初の層20は、矢印40で示されるよう
に主凹部を含んでもよい。後に形成された耐火性金属2
2は、同一の全体的輪郭に従う。第1の加熱処理サイク
ルの後、第1のポリサイド24の等角層が形成され、か
つポリシリコン穴の内張り20′が残留する。第2のポ
リシリコン42の層は、少なくとも凹部40を実質的に
充填するように形成される。これは、第4b図において
点線で示されるように、ブランケット層を形成すること
により最も容易に達成される。代わりに、フォトレジス
トが凹部40を充填するように用いられてもよい。
As a result of the width and conformal prism of the polysilicon product,
The first layer 20 into the hole 16 may include a main recess as indicated by arrow 40 . Refractory metal formed after 2
2 follow the same general contour. After the first heat treatment cycle, a first conformal layer of polycide 24 is formed and a polysilicon hole lining 20' remains. A layer of second polysilicon 42 is formed to at least substantially fill recess 40 . This is most easily achieved by forming a blanket layer, as shown in dotted lines in Figure 4b. Alternatively, photoresist may be used to fill recess 40.

それからエツチングが行なわれる。ポリシリコンプラグ
42′は、凹部40に残される。このプラグ42′は上
記のように、導電性になり得る。
Etching is then carried out. A polysilicon plug 42' is left in the recess 40. This plug 42' can be electrically conductive, as described above.

ゆえに、表面32のレベルまでエツチングすることによ
り構造物が相対的にプラナ状になり得るので、この状態
で金属化が続行し得るが、またはプラグ42゛がポリサ
イドに変えられ得る。
Thus, by etching to the level of surface 32, the structure can become relatively planar, so that metallization can continue in this state, or plug 42' can be converted to polycide.

さて第4c図を参照すると、耐火性金属34の第2の層
が構造物上に形成される。第2の加熱処理サイクルが、
それから行なわれる。
Referring now to Figure 4c, a second layer of refractory metal 34 is formed over the structure. The second heat treatment cycle
Then it is done.

第4d図に示されるように加熱処理の後、ポリサイド2
4′が形成されかつ穴16を実質的に充填する。構造物
の表面32から耐火性金属の残留物22′および層24
゛の不所望のポリサイド部分を除去するように、従来の
エツチングがそれから行なわれ得る。
After heat treatment as shown in Figure 4d, polycide 2
4' is formed and substantially fills the hole 16. refractory metal residue 22' and layer 24 from surface 32 of the structure;
A conventional etch can then be performed to remove the unwanted polycide portions.

相対的に深くかつ相対的に浅い穴16の問題に対する類
似した解決が、第5a図から第5d図まで示される。第
1の加熱処理サイクルの後ポリシリコンの内張り2(l
か残留しないように、余分の厚さの耐火性金属22が形
成されることを除いては、最初の方法の工程は第4a図
および第5a図ならびに第4b図および第5b図におい
てそれぞれ本質的に同一である。典型的には、耐火性金
属22の厚さは、凹部40の幅に依存するスパッタされ
た層の全体の厚さの20ないし5096である。構造物
から取り除かれる耐火性金属の残留物22゛が残留して
もよい。
A similar solution to the relatively deep and relatively shallow hole 16 problem is shown in Figures 5a through 5d. After the first heat treatment cycle polysilicon lining 2 (l
The first method steps are essentially the same in FIGS. 4a and 5a and 4b and 5b, respectively, except that an extra thickness of refractory metal 22 is formed to avoid residual is the same as Typically, the thickness of the refractory metal 22 is between 20 and 5096 times the total thickness of the sputtered layer depending on the width of the recess 40. A residue 22' of the refractory metal removed from the structure may remain.

この除去に続いて、第5c図において点線で示されるよ
うに、フォトレジスト層44が構造物上に形成される。
Following this removal, a photoresist layer 44 is formed over the structure, as shown in dotted lines in Figure 5c.

現像に続いて、フォトレジストプラグ44′のみか凹部
40に残留する。フォトレジストプラグ44゛は、ポリ
サイド層の後のエツチングの間、下にあるポリサイドの
ためのシールドとして作用する。第5d図で示されるよ
うに、これにより、相対的に滑らかに湾曲した上方表面
46を有するポリサイドプラグ24゛を穴16に生じる
。ゆえに、後に形成された金属化層がより優れた段部被
覆を提供する。
Following development, only photoresist plug 44' remains in recess 40. Photoresist plug 44' acts as a shield for the underlying polycide during subsequent etching of the polycide layer. As shown in Figure 5d, this results in a polycide plug 24' in the hole 16 having a relatively smoothly curved upper surface 46. Therefore, the later formed metallization layer provides better step coverage.

多層集積回路に見られ得るような、非常に深くかつ非常
に幅の広い穴の構造物に対するさらに他の代わりの実施
例が、第6a図から第6f図まで示される。このような
穴16では、凹部40内に空所を形成する危険がある。
Still other alternative embodiments for very deep and very wide hole structures, such as those that may be found in multilayer integrated circuits, are shown in Figures 6a through 6f. With such a hole 16 there is a risk of creating a void in the recess 40.

方法の第1の工程は、第4a図および第4b図で示され
る実施例に対応する、すなわち第6a図および第6b図
で示されるように、穴16に凹部40およびポリシリコ
ン2CIの内張りを有する等角ポリサイド24を最初に
形成する。ポリサイド24の層が、それからエツチング
除去される。これにより、第6C図で示されるように、
減じられた横縦比および元の凹部40と比較して、より
滑らかな輪郭を有する凹部40′を生じる。
The first step of the method corresponds to the embodiment shown in FIGS. 4a and 4b, i.e. as shown in FIGS. A conformal polycide 24 is first formed. A layer of polycide 24 is then etched away. As a result, as shown in FIG. 6C,
This results in a recess 40' having a reduced aspect ratio and a smoother profile compared to the original recess 40.

ポリシリコン42の第2の層および耐火性金属32の第
2の重畳層が形成される。凹部4(Iが修正されるので
、この生成物は本質的に、よりブラナ状である。
A second layer of polysilicon 42 and a second overlapping layer of refractory metal 32 are formed. Since the recess 4 (I) is modified, this product is more brassy in nature.

次に、第6d図で示されるように、構造物にポリシリコ
ンプラグ42′を桟してポリサイド24゛の層を形成す
るようにポリシリコン42および耐火性金属32を反応
させるために、加熱処理サイクルが行なわれる。
A heat treatment is then performed to react the polysilicon 42 and the refractory metal 32 to form a layer of polycide 24' with the polysilicon plug 42' attached to the structure, as shown in FIG. 6d. A cycle is performed.

第2のポリサイド24′の層がそれから、構造物から除
去される。
The second layer of polycide 24' is then removed from the structure.

さて第6e図を参照すると、第3の耐火性金属46の層
が構造物上に形成される。ポリシリコンプラグ42′の
ために、構造物の表面34は今では実質的にプラナ状で
あり、かつ耐火性金属46の厚さはほぼ均一である。結
果として、第6f図で示されるように、穴16にポリサ
イドプラグ24′を形成するように加熱処理サイクルが
行なわれ得る。
Referring now to Figure 6e, a third layer of refractory metal 46 is formed over the structure. Because of the polysilicon plug 42', the surface 34 of the structure is now substantially planar and the thickness of the refractory metal 46 is approximately uniform. As a result, a heat treatment cycle may be performed to form a polycide plug 24' in the hole 16, as shown in Figure 6f.

この一連の図面はまた、たとえばコンタクト領域12が
相対的に深い場合、方法の公差に従った変化にかかわら
ず、接合を介するポリサイドのスパイキングの機会がほ
とんどないため、前の実施例で示されるようなポリシリ
コン残留物層20″か必要とされないことを示すように
意図されている。ゆえに、プラグ24′は、ドープされ
たポリシリコン層20′を保有する上記の実施例の1つ
よりも低い、全体の抵抗を有するべきである。
This series of drawings also illustrates that, for example, if the contact region 12 is relatively deep, there is little chance of polycide spiking through the junction, regardless of variations according to method tolerances, as shown in the previous example. It is intended to indicate that a polysilicon residue layer 20'' such as Should have low overall resistance.

当業者には明らかであるように、コンタクト穴16は、
特にコンプリメンタリ金属酸化物半導体素子においてサ
ブストレート10のn型表面区域およびn型表面区域の
両方に開かれてもよい。隣接するコンタクト領域12に
整合するようにポリシリコン21のプラグの適正なドー
ピングが達成されるように、適当な従来のマスキング技
術が用いられ得る。
As is clear to those skilled in the art, the contact holes 16 are
In particular, it may be open to both the n-type surface area and the n-type surface area of the substrate 10 in complementary metal oxide semiconductor devices. Suitable conventional masking techniques may be used to achieve proper doping of the plug of polysilicon 21 to match the adjacent contact region 12.

この発明の好ましく、かつ代わりの実施例の上記の説明
は、例示と説明の目的で提示されたものである。これは
余すところないものではなく、またこの発明を、開示さ
れた正確な形式に限定するものでもない。明らかに、多
くの修正や変更が当業者にとって明らかとなるであろう
。同様に、前記のいかなる方法の工程も、同様の結果を
達成するだめに他の工程と変換されてもよい。実施例は
、この発明の原理およびその実際の応用を最もよく説明
するために選ばれかつ述べられたのであって、それによ
って当業者が、様々な実施例に対し、かつ企図された特
定の用途に適応する様々な修正とともにこの発明を理解
することを可能にする。この発明の範囲は、添付の特許
請求の範囲およびその均等物によって規定されることが
意図されている。
The above description of preferred and alternative embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. Obviously, many modifications and changes will become apparent to those skilled in the art. Similarly, any of the method steps described above may be replaced with other steps to achieve similar results. The embodiments were chosen and described in order to best explain the principles of the invention and its practical application, so that those skilled in the art will be familiar with the various embodiments and specific applications contemplated. It makes it possible to understand this invention with various modifications adapted to it. It is intended that the scope of the invention be defined by the following claims and their equivalents.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、集積回路の金属化層による段部肢覆の問題の
略断面図である。 第2図ないし第6図は、この発明の様々な実施例による
方法の工程の理想化されたシーケンスの略断面図である
。 第2a図は、ポリシリコンのようなアモルファス半導体
材料およびチタン層のような重畳する耐火性金属層がシ
ーケンシャルに形成される、誘電体または絶縁体材料の
ような重畳層を介するコンタクト穴を有するサブストレ
ートの段部完成を示す。 m2b図は、第2a図で示されるように、ポリシリコン
および金属がポリサイド材料を作るように反応された後
の段部完成を示す。 第2C図は、第2b図で示されるように、コンタクト穴
を実質的に充填するポリサイドプラグを残すように、ポ
リサイドおよびいかなる残留の金属も取り除かれた後の
段部完成を示す。 第3a図は、ポリシリコン層および耐火性金属層がシー
ケンシャルに形成される、酸化物層のような重畳層を介
するコンタクト穴を有するサブス!・レートの段部完成
を示す。 第3b図は、第3a図で示されるように、ポリシリコン
および耐火性金属がポリサイド材料を作るように反応さ
れた後の段部完成を示す。 第3C図は、第3b図で示されるように、ポリサイド層
がポリシリコンプラグを残すように取り除かれ、かつ第
2の耐火性金属層が形成された後の段部完成を示す。 mad図は、第3C図のポリシリコンプラグおよび耐火
性金属が、コンタクト穴を実質的に充填するポリサイド
プラグを形成するように反応された後の段部完成を示す
。 第4a図は、ポリシリコンおよび重畳する耐火性金属層
かシーケンシャルに形成される重畳層を介するコンタク
ト穴を有するサブストレートの段部完成を示す。 第4b図は、第4a図で示されるように、ポリシリコン
および金属がポリサイド層を形成するように反応され、
かつ重畳するポリシリコン層が形成された後の段部完成
を示す。 第4c図は、第4b図で示されるように、重畳するポリ
シリコン層がエツチングされ、かつ第2の耐火性金属層
が形成された後の段部完成を示す。 第4d図は、第4c図で示されるように、第2の耐火性
金属が下に横たわる層と反応された後の段部完成を示す
。 第5a図は、コンタクト穴が形成され、かつポリシリコ
ンおよび重畳する耐火性金属層がシーケンシャルに形成
された重畳層を有するサブストレー1・の段部完成を示
す。 第5b図は、第5a図で示されるように、ポリシリコン
および金属が、金属の残留物を残してポリサイド層を形
成するように反応された後の段部完成を示す。 第5c図は、第5b図の残留物層が除去され、かつフォ
トレジスト層がポリサイド層上に形成された後の段部完
成を示す。 第5d図は、第5c図で示されるように、コンタクト穴
を実質的に充填するポリサイドプラグを残すように、フ
ォトレジスト層およびポリサイド層がエツチングされた
後の段部完成を示す。 第6a図は、ポリシリコン層および耐火性金属層かシー
ケンシャルに生成された重畳層を介するコンタクト穴を
有するサブストレートの段部完成を示す。 第6b図は、第6a図で示されるように、ポリシリコン
層および金属層がポリサイド材料を形成するように反応
された後の段部完成を示す。 第6C図は、第6b図で示されるように、ポリサイド層
が除去され、かつ第2のポリシリコン層および第2の耐
火性金属層がシーケンシャルに形成された後の段部完成
を示す。 第6d図は、第6c図で示されるように、第2のポリシ
リコン層および第2の耐火性金属層が、第2のポリサイ
ド層を形成するように反応された後の段部完成を示す。 第6e図は、第6d図で示されるように、第2のポリサ
イド層が除去され、かつ第3の耐火性金属層が生成され
た後の段部完成を示す。 1fflSf図は、第6e図で示されるように、第3の
耐火性金属層が前記コンタクト穴でポリシリコンと反応
され、かついかなる残留の耐火性金属も除去された後の
段部完成を示す。 図において、10はサブストレート、12はコンタクト
領域、14.23.32は表面、16はコンタクト穴、
18は絶縁体層、20.2(I。 42はポリシリコン、21はポリシリコンプラグ、22
.22−.34.46は耐火性金属、24はポリサイド
、24′はポリサイドプラグ、42゛はポリシリコンプ
ラグ、44はフォトレジスト、44′はフォトレジスト
プラグである。 特、;’FilfQ人 アドバンストマイクロ・ディパ
インズ・イレ゛コーポレーテッド代理人弁理士深見久部
(ほか2名)・′□1′−□ −−12
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the problem of step cover by metallization layers of an integrated circuit. 2-6 are schematic cross-sectional views of idealized sequences of method steps according to various embodiments of the invention. Figure 2a shows a sub-layer with contact holes through superimposed layers such as dielectric or insulator materials in which an amorphous semiconductor material such as polysilicon and an overlapping refractory metal layer such as a titanium layer are sequentially formed. This shows the completion of the straight stepped section. Figure m2b shows the step completion after the polysilicon and metal have been reacted to create the polycide material as shown in Figure 2a. Figure 2C shows the step completion after the polycide and any residual metal has been removed to leave a polycide plug that substantially fills the contact hole, as shown in Figure 2b. FIG. 3a shows a sub-substrate with contact holes through superimposed layers, such as oxide layers, in which a polysilicon layer and a refractory metal layer are formed sequentially.・Indicates completion of the stepped section of the rate. Figure 3b shows the step completion after the polysilicon and refractory metal have been reacted to create the polycide material as shown in Figure 3a. Figure 3C shows the step completion after the polycide layer has been removed to leave a polysilicon plug and a second refractory metal layer has been formed, as shown in Figure 3b. The mad figure shows the step completion after the polysilicon plug and refractory metal of FIG. 3C have been reacted to form a polycide plug that substantially fills the contact hole. FIG. 4a shows the step completion of the substrate with contact holes through polysilicon and overlapping refractory metal layers or sequentially formed overlapping layers. FIG. 4b shows that the polysilicon and metal are reacted to form a polycide layer as shown in FIG. 4a;
and shows the completion of the step after the overlapping polysilicon layer is formed. Figure 4c shows the completion of the step after the overlying polysilicon layer has been etched and the second refractory metal layer has been formed, as shown in Figure 4b. Figure 4d shows the step completion after the second refractory metal has been reacted with the underlying layer as shown in Figure 4c. Figure 5a shows the completed step of the substray 1 with contact holes formed and overlapping layers of polysilicon and overlapping refractory metal layers formed sequentially. Figure 5b shows the step completion after the polysilicon and metal have been reacted to form a polycide layer leaving a metal residue as shown in Figure 5a. Figure 5c shows the completion of the step after the residue layer of Figure 5b has been removed and a photoresist layer has been formed over the polycide layer. Figure 5d shows the step completion after the photoresist and polycide layers have been etched to leave a polycide plug that substantially fills the contact hole, as shown in Figure 5c. FIG. 6a shows the step completion of the substrate with contact holes through sequentially produced superimposed layers of polysilicon and refractory metal layers. Figure 6b shows the step completion after the polysilicon layer and metal layer have been reacted to form the polycide material as shown in Figure 6a. Figure 6C shows the step completion after the polycide layer has been removed and a second polysilicon layer and a second refractory metal layer have been sequentially formed, as shown in Figure 6b. Figure 6d shows the step completion after the second polysilicon layer and the second refractory metal layer have been reacted to form the second polycide layer as shown in Figure 6c. . Figure 6e shows the completion of the step after the second polycide layer has been removed and the third refractory metal layer has been created, as shown in Figure 6d. Figure 1fflSf shows the step completion after the third refractory metal layer has been reacted with the polysilicon in the contact hole and any remaining refractory metal has been removed, as shown in Figure 6e. In the figure, 10 is a substrate, 12 is a contact area, 14, 23, 32 is a surface, 16 is a contact hole,
18 is an insulator layer, 20.2 (I. 42 is polysilicon, 21 is a polysilicon plug, 22
.. 22-. 34 and 46 are refractory metals, 24 is polycide, 24' is a polycide plug, 42' is a polysilicon plug, 44 is a photoresist, and 44' is a photoresist plug. Special, ;'FilfQ Advanced Micro Depines Erased Co., Ltd. Representative Patent Attorney Kube Fukami (and 2 others)・'□1'-□ --12

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体集積回路構造物の段部被覆を改良するため
の方法であって、電気的結合のためのコンタクト穴を有
し、 前記穴を実質的に充填するアモルファス半導体材料の層
を形成する工程と、 前記アモルファス半導体材料の層上に耐火性金属の層を
形成する工程と、 前記耐火性金属の少なくとも幾分かと、かつ前記アモル
ファス半導体材料の少なくとも幾分かとを反応させる工
程と、 前記穴の範囲内を除いて前記反応された材料を除去し、
それによって導電性プラグが残留し、前記穴を実質的に
充填する工程とを含む、段部被覆を改良するための方法
(1) A method for improving step coverage of a semiconductor integrated circuit structure, the method comprising forming a layer of amorphous semiconductor material having contact holes for electrical coupling and substantially filling the holes. forming a layer of refractory metal on the layer of amorphous semiconductor material; reacting at least some of the refractory metal with at least some of the amorphous semiconductor material; and forming the hole. removing said reacted material except within the range of
whereby a conductive plug remains and substantially fills the hole.
(2)アモルファス半導体材料の層を形成する前記工程
が、 ポリシリコン材料の層を生成する工程を含む、特許請求
の範囲第1項に記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein said step of forming a layer of amorphous semiconductor material comprises: producing a layer of polysilicon material.
(3)アモルファス半導体材料の層を形成する前記工程
が、 前記穴が開く前記構造物の区域と同一の導電型を有する
、ドープされたポリシリコンの層を生成する工程を含む
、特許請求の範囲第1項に記載の方法。
(3) The step of forming a layer of amorphous semiconductor material includes the step of: producing a layer of doped polysilicon having the same conductivity type as the area of the structure in which the hole is formed. The method described in paragraph 1.
(4)アモルファス半導体材料の層を形成する前記工程
が、 前記材料が、前記穴の開く前記構造物の区域と同一の導
電型を有するようにされるために前記材料内にドーパン
トを導入する工程をさらに含む、特許請求の範囲第2項
に記載の方法。
(4) forming a layer of amorphous semiconductor material includes introducing a dopant into the material to cause the material to have the same conductivity type as the area of the perforated structure; 3. The method of claim 2, further comprising:
(5)耐火性金属の層を形成する工程が、 チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、および
プラチナを含むグループから選択された前記構造物上に
耐火性金属をスパッタする工程を含む、特許請求の範囲
第1項に記載の方法。
(5) Forming a layer of refractory metal comprises: sputtering a refractory metal onto the structure selected from the group comprising titanium, tungsten, molybdenum, tantalum, and platinum. The method described in paragraph 1.
(6)耐火性金属の層を形成する工程が、 前記反応に続き、前記導電性プラグがポリシリコンプラ
グもしくはポリサイドプラグまたは層状にされたポリシ
リコン上のポリサイドプラグのいずれかであるように、
予め定められた厚さまで前記金属を生成する工程をさら
に含む、特許請求の範囲第4項に記載の方法。
(6) forming a layer of refractory metal following said reaction, such that said conductive plug is either a polysilicon plug or a polycide plug or a polycide plug on layered polysilicon; ,
5. The method of claim 4, further comprising the step of producing the metal to a predetermined thickness.
(7)反応の工程が、 実質的に同種のポリサイド材料を形成するために前記耐
火性金属層および前記ポリシリコン層が反応するように
、前記構造物を加熱する工程を含む、特許請求の範囲第
4項に記載の方法。
(7) The step of reacting comprises the step of: heating the structure such that the refractory metal layer and the polysilicon layer react to form a substantially homogeneous polycide material. The method described in paragraph 4.
(8)加熱の工程が、 ポリシリコンの隙間に生じる薄膜が前記構造物の前記区
域と前記穴に残留する前記ポリサイドとの間に残留する
ように、前記ポリシリコンおよび前記耐火性金属が反応
するようにされる工程をさらに含む、特許請求の範囲第
7項に記載の方法。
(8) the step of heating causes the polysilicon and the refractory metal to react such that a thin film formed in the interstices of the polysilicon remains between the area of the structure and the polycide remaining in the hole; 8. The method of claim 7, further comprising the step of:
(9)前記反応された材料を除去する工程が、前記構造
物の主表面が実質的にプラナ状になるレベルまでエッチ
ングする工程をさらに含む、特許請求の範囲第1項に記
載の方法。
9. The method of claim 1, wherein the step of removing the reacted material further comprises the step of etching the major surface of the structure to a level where it becomes substantially planar.
(10)前記エッチングの前に、前記反応された材料を
除去する工程が、 前記穴内で前記反応された材料のいかなる凹部領域も充
填するように、前記構造物上にフォトレジスト材料の層
を形成する工程をさらに含む、特許請求の範囲第9項に
記載の方法。
(10) prior to said etching, the step of removing said reacted material forms a layer of photoresist material on said structure so as to fill any recessed areas of said reacted material within said hole; 10. The method of claim 9, further comprising the step of:
(11)これから形成される金属化層により段部被覆を
容易にするように、少なくとも1つの部分的に完成され
た集積回路ダイスのコンタクト穴内に導電性プラグを形
成するための半導体集積回路製作方法であって、 前記穴を実質的に充填するように、前記ダイス上にポリ
シリコンを生成する工程と、 前記ポリシリコン上に耐火性金属を生成する工程と、 ポリサイドが前記穴内に形成されるように、前記ポリシ
リコンおよび前記耐火性金属を加熱処理する工程と、 前記穴内にのみポリサイドを残すように前記ダイスを取
り除く工程とを含む、半導体集積回路製作方法。
(11) A semiconductor integrated circuit fabrication method for forming a conductive plug in a contact hole of at least one partially completed integrated circuit die to facilitate step coverage by a metallization layer to be formed. forming polysilicon on the die to substantially fill the hole; forming a refractory metal on the polysilicon; and forming polycide in the hole. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, comprising: heat treating the polysilicon and the refractory metal; and removing the die so as to leave polycide only in the hole.
(12)前記耐火性金属を生成する前記工程の前に、 前記穴に隣接する前記ダイスの区域の導電性に整合する
ために、導電性を有するように前記ポリシリコンをドー
プする工程をさらに含む、特許請求の範囲第11項に記
載の方法。
(12) prior to said step of producing said refractory metal, further comprising doping said polysilicon with conductivity to match the conductivity of an area of said die adjacent said hole. , the method according to claim 11.
(13)半導体集積回路の製作において、サブストレー
トに重畳する構造上の層を介するコンタクト穴を含む構
造物を有し、これから形成される電気的結合層により段
部被覆を改良するための方法が、 前記構造物上にアモルファス半導体材料の層を形成する
ことにより、前記穴を実質的に充填する工程と、 前記アモルファス半導体材料上に耐火性金属の層を形成
する工程と、 前記半導体材料および前記金属が導電性ポリサイド材料
を形成するように、前記半導体材料層および前記耐火性
金属層を反応させる工程と、前記穴を除いて、前記材料
の前記構造物を取り除き、それによって後に形成された
層が、実質的に改良された段部被覆を提供する工程とを
含む、段部被覆を改良するための方法。
(13) In the fabrication of semiconductor integrated circuits, a method includes a structure including contact holes through a structural layer overlapping a substrate and improves step coverage by an electrical bonding layer formed therefrom. , forming a layer of an amorphous semiconductor material on the structure to substantially fill the hole; forming a layer of a refractory metal on the amorphous semiconductor material; reacting the semiconductor material layer and the refractory metal layer such that the metal forms a conductive polycide material, and removing the structure of the material, except for the hole, thereby forming a subsequently formed layer; providing a substantially improved step covering.
(14)アモルファス半導体材料の層を形成する前記工
程が、 前記穴が開く前記構造物の区域と同一の導電型を有する
ドープされたポリシリコンの層を生成する工程を含む、
特許請求の範囲第13項に記載の方法。
(14) forming a layer of amorphous semiconductor material includes: producing a layer of doped polysilicon having the same conductivity type as the area of the structure in which the hole is formed;
A method according to claim 13.
(15)反応の工程が、 前記半導体材料および前記耐火性金属が、前記構造物お
よび前記実質的に充填された穴に重畳するポリサイド材
料層を形成するまで、前記構造物を加熱処理する工程と
、 前記構造物から前記ポリサイド層を取り除く工程と、 前記構造物上に第2の耐火性金属層を形成する工程と、 前記第2の耐火性金属層および前記穴内の前記ポリシリ
コンが、前記穴を実質的に充填するポリサイドプラグを
形成するまで、前記構造物を加熱処理する工程とを含む
、特許請求の範囲第13項に記載の方法。
(15) the step of reacting comprises heat treating the structure until the semiconductor material and the refractory metal form a layer of polycide material overlying the structure and the substantially filled holes; , removing the polycide layer from the structure; forming a second refractory metal layer over the structure; and heat treating the structure to form a polycide plug that substantially fills the structure.
(16)反応の工程が、 前記半導体材料および前記耐火性金属が、前記構造物に
重畳しかつ前記穴を部分的に充填するポリサイド材料層
を形成するまで、前記構造物を加熱処理する工程と、 充填されていない穴の領域が実質的に充填されるように
、前記ポリサイド材料層上に第2のアモルファス半導体
材料層を生成する工程と、 前記構造物上に第2の耐火性金属層を生成する工程と、 実質的に反応していない半導体材料全体がポリサイドに
変えられるまで、前記構造物を加熱処理する工程とを含
む、特許請求の範囲第13項に記載の方法。
(16) the step of reacting comprises heating the structure until the semiconductor material and the refractory metal form a layer of polycide material overlying the structure and partially filling the holes; , producing a second layer of amorphous semiconductor material on the layer of polycide material such that areas of unfilled holes are substantially filled; and producing a second layer of refractory metal on the structure. 14. The method of claim 13, comprising the steps of: producing a polycide; and heat treating the structure until substantially all of the unreacted semiconductor material is converted to polycide.
(17)反応の工程が、 前記半導体材料の内張りが前記穴に残留するように、前
記半導体材料および前記耐火性金属が前記構造物に重畳
しかつ前記穴を部分的に充填するポリサイド材料を形成
するまで、前記構造物を加熱処理する工程と、 前記ポリサイド材料層を除去する工程と、 前記構造物上に第2のアモルファス半導体材料層を生成
する工程と、 前記構造物上に第2の耐火性金属層を生成する工程と、 前記第2の半導体材料層および前記第2の耐火性金属層
が前記構造物に重畳するポリサイド材料層を形成するま
で、前記構造物を加熱処理する工程と、 前記構造物上に第3の耐火性金属層を生成する工程と、 前記穴に残留する前記半導体材料および前記第3の耐火
性金属が前記穴を実質的に充填するポリサイド材料プラ
グを形成するまで、前記構造物を加熱処理する工程とを
含む、特許請求の範囲第13項に記載の方法。
(17) a step of reacting forms a polycide material in which the semiconductor material and the refractory metal overlap the structure and partially fill the hole such that a lining of the semiconductor material remains in the hole; heat treating the structure until the structure is heated; removing the polycide material layer; producing a second layer of amorphous semiconductor material on the structure; and forming a second refractory layer on the structure. heat treating the structure until the second semiconductor material layer and the second refractory metal layer form a polycide material layer overlying the structure; producing a third refractory metal layer over the structure until the semiconductor material remaining in the hole and the third refractory metal form a plug of polycide material substantially filling the hole; 14. The method according to claim 13, comprising the steps of: heating the structure.
(18)半導体集積回路構造物における電気的コンタク
トの金属化の段部被覆を改良するための方法であって、
相対的に幅の広いかつ相対的に深いコンタクト穴を有し
、 前記構造物上に第1の、等角のアモルファス半導体材料
層を形成する工程と、 前記第1の半導体材料層上に第1の、等角の耐火性金属
層を形成する工程と、 前記構造物の前記穴を少なくとも部分的に充填する第1
の、等角のポリサイド層を形成するように、前記第1の
半導体材料層および前記第1の金属層を熱的に反応させ
る工程と、 前記第1のポリサイド層上に、実質的にプラナ状の上方
表面を有する第2のアモルファス半導体材料層を形成す
る工程と、 前記穴における前記第1のポリサイド層および前記第2
の半導体材料層の後の、実質的にプラナ状の上方表面が
形成されるまで、前記第2の半導体材料層をエッチング
する工程と、 前記後のプラナ状の表面上に第2の耐火性金属層を形成
する工程と、 実質的に同種のポリサイド層を形成するように、前記第
2の金属層、前記第2の半導体材料層、前記第1のポリ
サイド層、および前記第1の半導体材料層を熱的に反応
させる工程と、 前記穴を除いて、前記同種のポリサイド層を除去し、そ
れによって導電性プラグが前記穴を実質的に充填し、か
つ前記構造物を実質的にプラナ化する工程とを含む方法
(18) A method for improving step coverage of electrical contact metallization in a semiconductor integrated circuit structure, the method comprising:
forming a first conformal amorphous semiconductor material layer over the structure, the contact hole having a relatively wide and relatively deep contact hole; forming a conformal refractory metal layer of at least partially filling the hole in the structure;
thermally reacting the first semiconductor material layer and the first metal layer to form a conformal polycide layer of forming a second layer of amorphous semiconductor material having an upper surface of the first polycide layer and the second polycide layer in the hole;
etching the second layer of semiconductor material until a substantially planar upper surface is formed after the layer of semiconductor material; and etching a second refractory metal on the rear planar surface. the second metal layer, the second semiconductor material layer, the first polycide layer, and the first semiconductor material layer to form a substantially homogeneous polycide layer; and removing the homogeneous polycide layer except for the hole so that a conductive plug substantially fills the hole and substantially planarizes the structure. A method comprising:
(19)前記第1のアモルファス半導体材料を形成する
前記工程が、導電性にするように前記材料内に不純物を
導入する工程をさらに含む、特許請求の範囲第18項に
記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein said step of forming said first amorphous semiconductor material further comprises the step of introducing impurities into said material to render it electrically conductive.
(20)半導体集積回路構造物における電気的コンタク
トの金属化の段部被覆を改良するための方法であって、
相対的に幅の広いかつ深いコンタクト穴を有し、 前記構造物上に第1の、等角のアモルファス半導体材料
層を形成する工程と、 前記第1の半導体材料層上に第1の、等角の耐火性金属
層を形成する工程と、 前記半導体材料および前記耐火性金属が第1の、等角の
ポリサイド材料層を形成するように、前記構造物を加熱
する工程と、 半導体材料の内張りが前記穴内に残留するように、前記
第1のポリサイド層を除去する工程と、前記構造物上に
第2の、アモルファス半導体材料層を形成する工程と、 前記第2の半導体材料層上に第2の耐火性金属層を形成
する工程と、 前記第2の半導体材料層および前記第2の耐火性金属層
が前記穴を除いて第2のポリサイド材料層を形成するよ
うに、前記構造物を加熱する工程と、 前記第2のポリサイド材料層を除去する工程と、前記構
造物上に第3の耐火性金属層を形成する工程と、 前記穴における前記第3の金属層および半導体材料が前
記穴を実質的に充填するポリサイドプラグを形成するよ
うに、前記構造物を加熱する工程とを含む方法。
(20) A method for improving step coverage of electrical contact metallization in a semiconductor integrated circuit structure, the method comprising:
forming a first, conformal layer of amorphous semiconductor material on the structure, having a relatively wide and deep contact hole; a first, etc. layer on the first layer of semiconductor material; forming an angular refractory metal layer; heating the structure such that the semiconductor material and the refractory metal form a first conformal polycide material layer; and a lining of semiconductor material. forming a second layer of amorphous semiconductor material on the structure; and forming a second layer of amorphous semiconductor material on the second layer of semiconductor material. forming a second layer of refractory metal such that the second layer of semiconductor material and the second layer of refractory metal exclude the hole to form a second layer of polycide material; removing the second layer of polycide material; forming a third refractory metal layer over the structure; heating the structure to form a polycide plug that substantially fills the hole.
(21)前記第1の、等角のアモルファス半導体材料層
を形成する前記工程が、 前記材料を導電性にするようにドープする工程をさらに
含む、特許請求の範囲第20項に記載の方法。
21. The method of claim 20, wherein the step of forming the first conformal amorphous semiconductor material layer further comprises: doping the material to make it conductive.
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