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JP3022744B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP3022744B2
JP3022744B2 JP7032226A JP3222695A JP3022744B2 JP 3022744 B2 JP3022744 B2 JP 3022744B2 JP 7032226 A JP7032226 A JP 7032226A JP 3222695 A JP3222695 A JP 3222695A JP 3022744 B2 JP3022744 B2 JP 3022744B2
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JP
Japan
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layer
film
forming
contact hole
element isolation
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JP7032226A
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明 松本
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication date
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    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
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    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/83Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
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    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関し、特にコンタクト部及びその形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の第1の例では、半導
体基板表面に形成された拡散層と金属配線とを電気的に
接続する場合、まず、図3(a)に示すように、シリコ
ン基板11の表面を選択酸化してフィールド酸化膜12
を形成して素子形成領域を形成し、その素子形成領域に
シリコン基板11の導電型と逆導電型の不純物を導入し
てMOSトランジスタの拡散層13を形成する。
【0003】次に、拡散層13の抵抗を低減するために
全面にチタン膜をスパッタして堆積した後熱処理し、チ
タン膜と接しているシリコン層の表面とチタン膜を反応
させ、チタンシリサイド層14を形成し、未反応のチタ
ン膜をアンモニアと過酸化水素水の混合溶液により除去
する。次に、全面に層間絶縁膜15を形成する。
【0004】次に、図3(b)に示すように、層間絶縁
膜15を選択的にエッチングしてコンタクトホール16
を形成する。このとき、コンタクトホール16の底部全
面が拡散層13上のチタンシリサイド層14が存在する
領域内におさまる必要があるが、マスクの位置ずれによ
りコンタクトホール16が拡散層13からはみ出し、フ
ィールド酸化膜12上にかかるとコンタクトホール16
内に露出したフィールド酸化膜12もエッチングされて
シリコン基板11の表面が露出し、コンタクトホール1
6内に埋込むタングステンプラグとシリコン基板11と
の短絡を生じてしまうためである。コンタクトホールを
確実に拡散層内におさめるためには、拡散層面積はコン
タクトホールの口径と、コンタクトホール形成時の目ず
れ及び寸法ばらつきを考慮し、直径0.5μmのコンタ
クトホールの場合、拡散層幅は最小限1μm必要であ
る。
【0005】このような問題点を改善するために、特開
昭61−224414号公報に記載されているように、
シリサイド膜をフィールド酸化膜上にまで伸長させるこ
とによりコンタクトホールの目ずれ余裕を増加させる方
法がある。
【0006】図4は従来の半導体装置の第2の例を説明
するための断面図である。
【0007】図4に示すように、拡散層13の上に形成
するチタンシリサイド膜14の形成時にチタン膜を50
nmの厚さに堆積して700℃の温度で熱処理し、チタ
ンシリサイド膜14をフィールド酸化膜12上に約1μ
m伸長させることにより、コンタクトホール16が拡散
層13上からはずれ、フィールド酸化膜12上に僅か位
置ずれして形成されてもチタンシリサイド膜14がエッ
チングストッパとなってフィールド酸化膜12のエッチ
ングを防ぐことができ、配線と半導体基板との間で短絡
を生じることがなく、チタンシリサイド膜14により拡
散層13とのコンタクトが得られる。この方法を用いれ
ば拡散層面積を縮小することが可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の第1の例では、拡散層の幅をコンタクトホールの口径
分だけ広くする必要があり、その分だけ拡散層容量が大
きくなってしまうという問題点がある。また、第2の例
では、コンタクトホールの口径が1μm、拡散層幅が2
〜3μmという比較的寸法が大きい場合には可能である
が、現在のように微細化が進んだ半導体装置ではチタン
シリサイド膜の伸長幅の制御が難しくゲート電極と拡散
層間及び隣接する拡散層間で短絡を引き起こす可能性が
高いという問題点がある。
【0009】本発明の目的は、微細な半導体素子の拡散
層とコンタクトホールの重なる領域を小さくしても半導
体基板との短絡を防ぎ、且つ拡散層の幅を縮減して寄生
容量を低減した半導体装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板の一主面に形成した素子分離用の溝と、前記
素子分離用の溝を充填し、かつその全表面が窒化シリコ
ン膜によって構成されて前記半導体基板の一主面と平坦
になっている素子分離層と、前記素子分離層により分離
された素子形成領域に形成した拡散層と、前記拡散層の
表面に形成した第1のシリサイド層と、前記第1のシリ
サイド層及び前記素子分離層の平坦表面を含む表面に形
成した層間絶縁膜と、前記拡散層端部の前記第1のシリ
サイド層及び前記素子分離層を含む領域上の前記層間絶
縁膜に形成したコンタクトホールと、前記コンタクトホ
ール内の底面を構成する前記第1のシリサイド層および
前記窒化シリコン膜上及び側壁を構成する前記層間絶縁
膜上に形成した、前記第1のシリサイドと同じ材質の
第2のシリサイド層及び窒化チタン層の積層を介して前
記コンタクトホール内に埋込んだタングステンプラグ
と、前記タングステンプラグと接続し前記層間絶縁膜上
に延在した金属配線とを有する。ここで、前記窒化シリ
コン膜は前記コンタクトホールを形成する際のエッチン
グストッパとなる膜であることができる。また、前記第
1及び第2のシリサイド層はともにチタンシリサイド層
であることが好ましい。
【0011】本発明の半導体装置の製造方法は、シリコ
ン基板の一主面に素子分離用の溝を形成し前記溝の底部
に埋込んだ酸化シリコン膜を含む前記シリコン基板の表
面に窒化シリコン膜を堆積した後、化学的機械的研磨に
より前記窒化シリコン膜の表面を研削して前記シリコン
基板の表面を露出させ且つ前記窒化シリコン膜を前記溝
内に埋込み前記酸化シリコン膜及び前記窒化シリコン膜
の積層からなる素子分離層を形成する工程と、前記素子
分離層により素子分離された素子形成領域の前記シリコ
ン基板の表面に不純物を導入して拡散層を形成した後、
前記拡散層を含む表面に高融点金属膜を堆積して熱処理
し前記拡散層の表面と反応させた第1のシリサイド層を
形成する工程と、未反応の前記高融点金属膜を除去した
後、全面に層間絶縁膜を堆積する工程と、前記層間絶縁
膜を選択的にエッチングして前記拡散層の端部の前記第
1のシリサイド層及び隣接する前記素子分離層の前記窒
化シリコン膜からなる表面を露出させるコンタクトホー
ルを形成する工程と、前記コンタクトホール内の底面を
構成する前記第1のシリサイド層および前記窒化シリコ
ン膜上及び側壁を構成する前記層間絶縁膜上を含む全表
面上に前記第1のシリサイド層と同じ材質の第2のシリ
サイド層及び窒化チタン層を積層して形成した後、前記
コンタクトホールを含む表面にタングステン膜を堆積し
てエッチバックし前記コンタクトホール内に埋込んだタ
ングステンプラグを形成する工程と、前記タングステン
プラグを含む表面に金属膜を金属してパターニングし前
記タングステンプラグを介して前記拡散層と電気的に接
続する配線を形成する工程とを含んで構成される。
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0013】図1(a)〜(d)は本発明の一実施例の
製造方法を説明するための工程順に示した断面図であ
る。
【0014】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板1の一主面に深さ300nmの素子分離用の溝を形
成してCVD法により酸化シリコン膜2を400nmの
厚さに堆積してエッチバックし、溝の上端より100n
mの深さまで上面を除去して溝内に埋込む。次に、溝に
埋込んだ酸化シリコン膜2の上にCVD法により窒化シ
リコン膜3を300nmの厚さに堆積し溝の上部に充填
する。
【0015】次に、図1(b)に示すように、化学的機
械的研磨(CMP)法により窒化シリコン膜3の上部を
研削し、シリコン基板1の表面を露出させ、且つ表面を
平坦化して窒化シリコン膜3を溝内に埋込み、酸化シリ
コン膜2及び窒化シリコン膜3の積層からなる素子分離
層を形成する。次に、素子分離層により分離された素子
形成領域にシリコン基板1の導電型と逆導電型の不純物
を導入してMOSトランジスタ形成用の拡散層4を形成
する。次に、スパッタ法で全面にチタン膜を40nmの
厚さに堆積して650℃の温度で30秒間の熱処理を行
いチタン膜とシリコン膜が接している部分を反応させ、
チタンシリサイド層5を形成し、未反応のチタン膜をア
ンモニアと過酸化水素水の混合溶液によりエッチングし
て除去する。
【0016】次に、図1(c)に示すように、チタンシ
リサイド層5を含む全面にCVD法により厚さ100n
mの酸化シリコン膜および厚さ900nmのBPSG膜
を順次積層して800℃の温度で30秒間の熱処理によ
りリフローし層間絶縁膜6を形成する。次に、層間絶縁
膜6を選択的に異方性ドライエッチングして拡散層4の
端部上のチタンシリサイド層5及び隣接する素子分離層
の表面を露出させる口径0.5μmのコンタクトホール
を形成する。ここで、コンタクトホールの底面にチタン
シリサイド層5が0.15μm程度の幅で露出させるよ
うに位置設定する。また、素子分離層の窒化シリコン膜
5がエッチングストッパとなるので層間絶縁膜6のエッ
チングの際に素子分離層がエッチングされてシリコン基
板1まで突抜けることはない。次に、コンタクトホール
底部に露出したチタンシリサイド層5とコンタクトさせ
るための同じ材質の厚さ30nmのチタンシリサイド層
7及び厚さ50nmのバリアメタルとして窒化チタン層
8をコンタクトホールを含む表面にスパッタ法で順次堆
積した後、CVD法によりタングステン膜を1.5μm
の厚さに堆積してエッチバックしコンタクトホール内に
埋込まれたタングステンプラグ9を形成する。
【0017】次に、図1(d)に示すように、タングス
テンプラグ9を含む窒化チタン膜8の上にスパッタ法に
よりアルミニウム膜を500nmの厚さに堆積してアル
ミニウム膜および窒化チタン膜8,チタンシリサイド膜
7を選択的に順次エッチング除去し、タングステンプラ
グ9を介して拡散層4と電気的に接続するアルミニウム
配線10を形成する。
【0018】この実施例によればコンタクトホールと重
なる拡散層4の幅を縮小できるため、拡散層4の寄生容
量を低減できる。また、拡散層4上のチタンシリサイド
層5とチタンシリサイド層7との接続により、拡散層4
とアルミニウム配線10との良好なコンタクトが得られ
る。
【0019】図2はコンタクトホールと拡散層が重なる
幅xと、コンタクト抵抗の関係を示す図である。
【0020】図2に示すように、コンタクトホールの口
径が0.5μmのとき、コンタクトホールと拡散層が重
なる幅xが0.15μm以上であればコンタクト抵抗を
殆んど増加させることなく拡散層と配線を電気的に接続
されることができ、その結果、従来例では同じ口径
(0.5μm)のコンタクトホールであっても拡散上に
設けたシリサイド層の上にコンタクトホールの底面の全
面が重っていないと、素子分離層のオーバーエッチング
により半導体基板との短絡を生ずるため、コンタクトホ
ールの目ずれやエッチング寸法のばらつきを考慮して拡
散層は最小限1μmの幅を必要としたのに対して、本発
明では拡散層の幅は0.5μmあればよく、従って拡散
層容量をほぼ半減できるという利点がある。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、素子分離
用の溝の上部に埋込んだ窒化シリコン膜をエッチングス
トッパとして層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する
ことにより、素子形成領域に形成した拡散層と配線を接
続するコンタクトホールの底面の一部が拡散層と重なり
他の部分が隣接する素子分離層の上にはみ出して形成さ
れたコンタクトホールに埋込まれたタングステンプラグ
を介して拡散層と配線とをコンタクト抵抗を殆んど増加
させずに電気的に接続することができ、その結果、拡散
層の幅を縮減して拡散層容量を大幅に低減できるという
効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程順に示した断面図。
【図2】コンタクトホールと拡散層が重なる幅とコンタ
クト抵抗の関係を示す図。
【図3】従来の半導体装置の第1の例の製造方法を説明
するための工程順に示した断面図。
【図4】従来の半導体装置の第2の例を説明するための
断面図。
【符号の説明】
1,11 シリコン基板 2 酸化シリコン膜 3 窒化シリコン膜 4,13 拡散層 5,7,14 チタンシリサイド層 6,15 層間絶縁膜 8 窒化チタン膜 9 タングステンプラグ 10 アルミニウム配線 12 フィールド酸化膜 16 コンタクトホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−190847(JP,A) 特開 平3−285344(JP,A) 特開 平4−72729(JP,A) 特開 平3−286527(JP,A) 特開 平5−198526(JP,A) 特開 昭59−204236(JP,A) 特開 平6−13470(JP,A) 特開 平7−14918(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/768 H01L 21/76 - 21/765

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一主面に形成した素子分離
    用の溝と、前記素子分離用の溝を充填し、かつその全表
    面がコンタクトホールを形成する際のエッチングストッ
    パとなる窒化シリコン膜によって構成されて前記半導体
    基板の一主面と平坦になっている素子分離層と、前記素
    子分離層により分離された素子形成領域に形成した拡散
    層と、前記拡散層の表面に形成した第1のシリサイド層
    と、前記第1のシリサイド層及び前記素子分離層の平坦
    表面を含む表面に形成した層間絶縁膜と、前記拡散層端
    部の前記第1のシリサイド層及び前記素子分離層を含む
    領域上の前記層間絶縁膜に形成したコンタクトホール
    と、前記コンタクトホール内の底面を構成する前記第1
    のシリサイド層および前記窒化シリコン膜上及び側壁を
    構成する前記層間絶縁膜上に形成した、前記第1のシリ
    サイド層と同じ材質の第2のシリサイド層及び窒化チタ
    ン層の積層を介して前記コンタクトホール内に埋込んだ
    タングステンプラグと、前記タングステンプラグと接続
    し前記層間絶縁膜上に延在した金属配線とを有すること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2のシリサイド層はとも
    にチタンシリサイド層であることを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 シリコン基板の一主面に素子分離用の溝
    を形成し前記溝の底部に埋込んだ酸化シリコン膜を含む
    前記シリコン基板の表面に窒化シリコン膜を堆積した
    後、化学的機械的研磨により前記窒化シリコン膜の表面
    を研削して前記シリコン基板の表面を露出させ且つ前記
    窒化シリコン膜を前記溝内に埋込み前記酸化シリコン膜
    及び前記窒化シリコン膜の積層からなる素子分離層を形
    成する工程と、前記素子分離層により素子分離された素
    子形成領域の前記シリコン基板の表面に不純物を導入し
    て拡散層を形成した後、前記拡散層を含む表面に高融点
    金属膜を堆積して熱処理し前記拡散層の表面と反応させ
    た第1のシリサイド層を形成する工程と、未反応の前記
    高融点金属膜を除去した後、全面に層間絶縁膜を堆積す
    る工程と、前記層間絶縁膜を選択的にエッチングして前
    記拡散層の端部の前記第1のシリサイド層及び隣接する
    前記素子分離層の前記窒化シリコン膜からなる表面を露
    出させるコンタクトホールを形成する工程と、前記コン
    タクトホール内の底面を構成する前記第1のシリサイド
    層および前記窒化シリコン膜上及び側 壁を構成する前記
    層間絶縁膜上を含む全表面上に前記第1のシリサイド層
    と同じ材質の第2のシリサイド層及び窒化チタン層を積
    層して形成した後、前記コンタクトホールを含む表面に
    タングステン膜を堆積してエッチバックし前記コンタク
    トホール内に埋込んだタングステンプラグを形成する工
    程と、前記タングステンプラグを含む表面に金属膜を堆
    積してパターニングし前記タングステンプラグを介して
    前記拡散層と電気的に接続する配線を形成する工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP7032226A 1995-02-21 1995-02-21 半導体装置及びその製造方法 Expired - Lifetime JP3022744B2 (ja)

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