JPS62165952A - 半導体装置の製造方法 - 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】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に第１配線層
と第２配線層とのコンタクトの形成に際しイオン注入技
術を利用した界面自然酸化膜ミキシング技術を用いたも
のである。

（従来の技術） 従来、半導体装置は例えば第６図に示す如く製造される
。まず、半導体基板１上に絶縁膜２を介して多結晶シリ
コン層を形成する。つづいて、この多結晶シリコン苦を
９００〜１０００″Ｃ１ＰＯＣｆｆｉ３拡散を行なった
後、これをパターニングし多結晶シリコンからなる第１
配線荀３を形成する（第６図（ａ）図示）。次いで、仝
而に層間絶縁膜４を形成した後、前記第１配置習３上に
対応する層間絶縁膜４を選択的に除去し開口部５を形成
する（第６図（ｂ）図示）。更に、前記第１配線層３上
に希ＨＦ系薬品処理を施した後、多結晶シリコンからな
る第２配線層６を形成する。しかる後、アニーリングに
よる第１配線層からの自然リン拡散方法か第２配線膜上
からの９００〜１０００℃のｐｏｃλ３拡散を行なう（
第６図（Ｃ）図示）。なお、図中の７はリンを、８は主
に第２配線層材（多結晶シリコン層）の堆積時のＬＰＧ
ＶＤ炉内で形成される自然酸化膜を示す。

〈発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来技術によれば、第１配線層３と第２
配置１１６との界面に自然酸化膜８が形成されるため、
第１配線層３と第２配線層６とのコンタクト抵抗が大き
い。しかるに、前記自然酸化ｐｉａ中の電気伝導がダイ
レクトトンネリングで決まるような良好なコンタクト特
性を実現するには、第２配線層６中のリン濃度の制御性
が重要であり、その意味でＰＯＣλ３拡散プロセスは再
現性、制御性の点でＬＳＩプロセス技術としては、（特
に最近の高集積化によるコンクトサイズの縮小化に伴い
）好ましくない。また、ＰＯＣｆｆｉ３拡散プロセスで
は、コンタクト部からの横方向拡散長が大きいために他
の素子への影響も考慮しなければならない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、第１配線層
と第２配線層とのコンタクト抵抗を従来と比べ小さく、
かつその値の制御性の良い半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。

［発明の構成１ （問題点を解決するための手段） 本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して第１導電型の
不純物を含む第１配線層を形成する工程と、層間絶縁膜
を形成する工程と、前記配線、１上の層間絶縁膜を選択
的に除去し間口部を形成する工程と、この開口部に前記
配線層に接続する第２配＄１！ｉＩ材を形成する工程と
、この第２配線層材をバターニングして第２配線層を形
成した後第２導電型の不純物のイオン注入を行なうかあ
るいは同不純物のイオン注入を行なった後第２配Ｉｊ！
層材をバターニングして第２配線層を形成する工程とを
具備し、前記イオン注入を前記第１第２配線層の界面付
近又は第１配線層と第２配線層材の界面付近が原子変位
に対する最大損傷密度となる加速エネルギーで、かつ第
２配線層又は第２配線層材中のイオン濃度が３　、３　
Ｘ　１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３以上となるように行なう
ことを特徴とするもので、第１・第２配線層間のコンタ
クト抵抗の低減化、及びその値の制御性の向上を図った
ものである。

く作用） 本発明は、リンを第１・第２配線層の界面付近又は第１
配線層と第２配線層材の界面付近が原子変位に対する最
大損傷密度となる加速エネルギーで、かつ第２配線層又
は第２配線層材中のイオン濃度が３　、３　Ｘ　１０２
０　ａｔｏＩＩｌ／ｃｍ３以上となるようにイオン注入
することを特徴とするもので、前記イオン注入により第
２配！１１１Ｗ材の形成時に生じる自然酸化膜を破壊（
又は損傷）させ、この後のアニーリングにより第１・第
２配線層間に第１不純物の相互拡散を行ないコンタク１
〜抵抗の低減化、並びにコンタクト抵抗端の制（財）性
の向上をなしえるものである。

（寅施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照して
説明する。

まず、例えばシリコン基板１１上に絶縁膜１２を介して
多結晶シリコン層をＬＰＧＶＤ法により４０００人堆積
した後、９００℃、ＰＯＣρ３拡散を行ないρ５＝３０
Ω／　前後のリンドープ多結晶シリコン層とした。つづ
いて、この多結晶シリコン層をバターニングし、多結晶
シリコンからなる第１配置層１３を形成した。次いで、
層間絶縁膜としてのＣＶＤ−３ｉ０２模１４を体積した
後、写真蝕刻法（ＰＥＰ）及び反応性イオンエツチング
（ＲＩＥ）により前記第１配線層１３上に開口部１５を
形成した（第１図（ａ）図示）。更に、第２配線層材と
しての多結晶シリコン層をＬＰＧＶＤにより７０００〜
１００００人程度堆積した後、この多結晶シリコン層を
バターニングして多結晶シリコンからなる第２配ｔａｗ
Ｊ１６を形成した。しかる後、前記第１配線層１３と第
２配線層１６との界面付近に加速エネルギー４５〜６０
Ｋｅ■で５×１０１ｂ〜ｌＸ１０１８α櫂の高ドーズ量
のリン（３１Ｐ”　）をイオン注入し、半導体装置を製
造したく第１図（ｂ）図示）。この際、リンは、そのイ
オン濃度の最大値が第２図に示す如く第１配Ｉ１層１３
と第２配線層１６との界面付近に位置するようにイオン
注入した。以下、図示しないが、再び層間絶縁膜を堆積
した後、アニーリングを行ない、イオンの活性化と拡散
を行なった。なお、第１図（ｂ）の１７は第２配線層用
の多結晶シリコン層を形成する際第１配線［１３上に生
じる自然酸化膜を、第２図の１８はリン（３Ｌ　Ｐ”　
）のプロファイルを示す。

上記実施例で、リンを第１配線１１１３と第２配線層１
６との界面付近にイオン注入するのは、コンタクト抵抗
（Ｒβンがトータルダメージエネルギー（原子変位損傷
密度）と第２配線層中のリン濃度に大きく依存しており
、両パラメータの最適化がなされないと良好なオーミッ
ク特性が得られないからである。ここで、コンタクト抵
抗と、第１・第２配線層界面から上下方向への距離（±
２００人、但し、正は第１配線層側、負は第２配線１１
［１１１を示す）との関係は第３図に示す通りである。

ここで、同図の〈イ）〜（ニ）は夫々ドーズ」が３Ｘ１
０１　’　、５Ｘ１ＱＩ　Ｂ、７ｘ　１０’　！’　、
　１　ｘ　１０”　’　ａｔｏｍ／ｃｍ３の場合を示す
。同図により、ドーズ量が大きくになるにつれてコンタ
クト抵抗が小さくなることが理解できる。第４図は、例
えばリンを加速エネルギー６０ＫｅＶ、ドーズ量５Ｘ１
０”α喧の条件でイン注入した場合のトータルダメージ
エネルギー及び第２配線層中のリン濃度と、第１・第２
配線層の界面からの上下方向への距離（±２００人）と
の関係を示す。第４図で、（イ）はトータルエネルギー
を示す曲線を、（ロ）は第２配線層中のリン濃度を示す
曲線を示し、図中の点線より上側の部分（斜線部分）は
オーミックの領域でありかつ下側の部分はオーミックで
ない領域である。同図により、トータルダメージエネル
ギーを単に大きくすればオーミック特性が良好になるで
はなく、第２配線層中のリン濃度の値も考慮しなければ
ならないことが理解できる。そこで、コンタクト抵抗と
第２配線層中のリン濃度との関係を調べたところ、第５
図に示す結果が得られた。同図によれば、本発明の場合
（図中の（イ）〉、第２配線層中のリン濃度が３．３Ｘ
１０２’　ａｔ０１１／Ｃｌ１１３テ’：Ｊ＞９クト抵
抗が急激に低下する。これに対し、従来の場合（ＰＯＣ
ｊ２３拡散プロセス、図中の（ロ））、コンタクト抵抗
が低下し始める第２配線層中のリン濃度は更にずっと高
くなり、バラツキの幅も大きい。即ち、従来技術では、
リン濃度の制御性が非常に難しく、コンタクト抵抗のバ
ラツキも大きくなる。

本発明によれば、リンを、第１配線層１３と第２ｆ！ｉ
！線層１６との界面付近でリンイオン濃度が最大となり
（第２図図示）、かつ第２配線層１６中のリン濃度が３
　、３　Ｘ　１０２’　ａｔｏｍ／ａｎ３となるように
イオン注入するため、イオン注入により自然酸化１１１
７が破壊（又は損＋Ｉ）Ｌ、その後の層間絶縁膜の堆積
後のアニーリングにより、第１・第２配線層１３．１６
間のコンタクト抵抗を著しく低減できるとともに、その
コンタクト抵抗の制御性も良好となる（第５図図示）。

また、本発明では、第１・第２配線層１３．１６の界面
付近にリンをイオン注入するため、第１・第２配ＩＩ層
１３．１６に存在する薄い自然酸化膜１７にある程度の
損傷が与えられ、第２配線Ｗ１１６に必要なリンの濃度
も従来のＰＯＣｆｆｉａ拡散のみの場合に比べて小さく
て済む。このことは、最近の素子の高集積化に伴う熱処
理の低温化にとっても有効な技術である。一方、従来技
術のＰＯＣｏ、３拡散で制御性も再現性よくコンタクト
抵抗を低下させるためには、９５０℃程度の障温のＰＯ
Ｃβ３拡散が必要である。

なお、上記実施例では、第２配１１層の形成後リンをイ
オン注入した場合について述べたが、これに限定されな
い。例えば、第２配線層材としての多結晶シリコン層を
堆積後、リンを上記実施例と同様な条件で第１配線層と
第２多結晶シリコン層との界面付近にイオン注入しても
よい。また、上記実施例では、第１導電型の不純物とし
てリンを用いたが、他の不純物を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明によれば、第１配線層と第２配
線層とのコンタクト抵抗を従来と比べ小さく、かつその
値の制御性の良い半導体装置の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例に係る半導体
装置の製造方法を工程順に示す断面図、第２図は本発明
法に係るリンＳ度のプロファイルを示す説明図、第３図
は本発明におけるコンタクト抵抗と第１・第２配線層界
面からの上下方向への距離との関係を示す特性図、第４
図はトータルダメージエネルギー及びリン濃度と第１・
第２配置ｓ界面からの上下方向への距離との関係を示す
特性図、第５図は本発明及び従来功金かかるコンタクト
抵抗とリン濃度との関係を示す特性図、第６図（ａ）〜
（Ｃ）は従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・絶縁躾、１３・・・
第１配線層、１４・・・層間絶縁膜、１５・・・開口部
、１７・・・第２配線層、１８・・・リンのプロファイ
ル。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１１−１ 第２　ロ 第３０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に絶縁膜を介して第１導電型の不純
   物を含む第１配線層を形成する工程と、層間絶縁膜を形
   成する工程と、前記配線膜上の層間絶縁膜を選択的に除
   去し開口部を形成する工程と、この開口部に前記配線層
   に接続する第２配線層材を形成する工程と、この第２配
   線層材をパターニングして第２配線層を形成した後第１
   導電型の不純物のイオン注入を行なうかあるいは同不純
   物のイオン注入を行なった後第２配線層材をパターニン
   グして第２配線層を形成する工程とを具備し、前記イオ
   ン注入を前記第１・第２配線層の界面付近又は第１配線
   層と第２配線層材の界面付近が原子変位に対する最大損
   傷密度となる加速エネルギーで、かつ第２配線層又は第
   ２配線層材中のイオン濃度が３．３×１０＾２＾０ａｔ
   ｏｍ／ｃｍ＾３以上となるように行なうことを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
2. （２）前記第１・第２配線層が夫々多結晶シリコンから
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
   体装置の製造方法。