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JP3716523B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP3716523B2
JP3716523B2 JP34878696A JP34878696A JP3716523B2 JP 3716523 B2 JP3716523 B2 JP 3716523B2 JP 34878696 A JP34878696 A JP 34878696A JP 34878696 A JP34878696 A JP 34878696A JP 3716523 B2 JP3716523 B2 JP 3716523B2
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contact hole
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Sony Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に微細なコンタクトを有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のVLSI等に見られるように半導体装置の高集積化及び高性能化が進展するに伴い、半導体装置の微細加工が必須の条件となってきている。半導体装置を微細に加工するために、例えばトランジスタのゲート電極のゲート幅やDRAMなどでのキャパシタの占有面積を狭める一方で、配線部も同様に微細に加工することが必要になってきている。
【0003】
その中でも、コンタクトホール工程の位置合わせのためのマスク上の設計余裕を不要にできる自己整合コンタクト技術が注目され、特に0.25μmルール以降の世代で活発化してきているが、自己整合コンタクトをを実用化するには、薄いSi3 4 上でエッチングを停止させるような難度の高いエッチング技術をクリアすることが必要であるなど、まだ課題が多いと言わざるを得ない。そこで、従来から知られているようなコンタクトホールを開孔するためのマスクとなる層をコンタクトホール内壁にサイドウォール状に形成し、コンタクトホールの径を狭めて開孔する方法が試みられている。
【0004】
以下に、上記のコンタクトホールの径を狭めて開孔する方法について図面を参照して説明する。
【0005】
図4(g)は上記の製造方法により製造した半導体装置の断面図である。半導体基板10上に図示しないトランジスタや拡散層などの半導体素子があり、その半導体基板10の上層を絶縁膜20が被覆している。絶縁膜20には半導体基板10に達するコンタクトホールが開孔されており、コンタクトホール内にサイドウォール状の第2導電層31a及び第3導電層32からなる埋め込み配線層33が埋め込まれている。
【0006】
以下に、上記の半導体装置の製造方法について説明する。まず、図3(a)に示すように、シリコン半導体基板10上に、図示しないトランジスタや拡散層などの半導体素子を形成した後、これらの素子を被覆して例えば酸化シリコンを常圧CVDなど法によって堆積し、リフローあるいはエッチバックなどにより平坦化して絶縁膜20を形成する。その上層に、例えばポリシリコンを減圧CVD法で300nm堆積させて第1導電層30を形成する。第1導電層の上層にレジスト膜Rを例えば径0.32μmにパターニングする。
【0007】
次に、図3(b)に示すように、レジストRをマスクにしてRIE(反応性イオンエッチング)などのエッチングを行い、第1導電層30を貫通し、絶縁膜20の上方にまで開孔する第1コンタクトホールCH1を開孔する。
【0008】
次に、図3(c)に示すように、例えばポリシリコンを減圧CVD法にて第1導電層30及び第1コンタクトホールCH1内を全面に被覆して100nm堆積し、第2導電層31を形成する。
【0009】
次に、図3(d)に示すように、RIEなどのエッチングを行い、第1コンタクトホールの側壁部を残すように第2導電層31をエッチングして、サイドウォール状の第2導電層31aを形成する。
【0010】
次に、図4(e)に示すように、例えばECRタイプのプラズマエッチング装置にて、絶縁膜20を貫通して半導体基板10を露出させる第2コンタクトホールCH2を開孔する。この時の第2コンタクトホールCH2の開孔径は例えば0.1μm程度であり、サイドウォール状の第2導電層31aの形成でエッチングマスクの径を狭めたことにより、微細なコンタクトホールを形成できる。
【0011】
次に、図4(f)に示すように、例えばポリシリコンを減圧CVD法により第2コンタクトホールCH2内を埋め込み、第1導電層30及びサイドウォール状の第2導電層31aを被覆して全面に300nm堆積し、第3導電層32を形成する。
【0012】
次に、図4(g)に示すように、例えばRIEなどのエッチングにより全面にエッチバックを行い、コンタクトホールの外部の導電層を除去して、第2コンタクトホールCH2内にサイドウォール状の第2導電層31a及び第3導電層32からなる埋め込み配線層33を形成する。以上の工程において、第1導電層30、第2導電層31、第3導電層32に用いるポリシリコンは、例えばn型の不純物を含有させて導電性を付与している。
【0013】
上記の方法によれば、前述の自己整合コンタクトと異なり、対Si3 4 高選択比条件等の新規プロセスなどは不要で、マイクロローディング効果を注意深くクリアしていくという従来からのアプローチを適用することで、0.1μmφ程度の極微細・高アスペクト比のコンタクトホールの開孔を達成することができる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術を用いてコンタクトホールの埋め込み配線層を形成する場合、図4(g)に示すように、埋め込み配線層33のエッチバックにおいてプラグロスが大きくなってしまい、上層の平坦化やスタックコンタクトを形成する際に悪影響を与え、配線の信頼性を大きく低下させるという問題がある。このプラグロスを抑制するためにオーバーエッチング量を小さくすると、エッチングの均一性の問題からコンタクトホール開孔部以外の部分にも短絡の原因となるような導電層材料が残されてしまうという問題が生じる。
【0015】
エッチング方法としては、プラズマの発光を観察することなどによりエッチングの終点を確認する方法があるが、上記の埋め込み配線層のエッチバックの場合にはプラグロスの抑制に効果がほとんど得られず、上記の問題は依然解決できていない。
【0016】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、従って、本発明の目的は、コンタクトホール内壁にサイドウォールを形成し、コンタクトホールの径を狭めて開孔して埋め込み配線層を形成する方法を用い、プラグロスが抑制され、また、コンタクトホール開孔部以外の部分に短絡の原因となるような導電層材料が残されていない埋め込み配線層を有する半導体装置の製造方法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第1導電層を形成する工程と、前記第1導電層に第1コンタクトホールを開孔する工程と、前記第1コンタクトホールの内壁に、前記第1導電層と同じ半導体からなり、前記第1導電層と異なる濃度の導電性の不純物を含有して、エッチング工程におけるエッチング速度が第1の導電層よりも遅いサイドウォール状の第2導電層を形成する工程と、前記第2導電層をマスクにして前記絶縁膜に第2コンタクトホールを開孔する工程と、前記第1導電層と前記第2導電層の上層及び前記第2コンタクトホール内に、前記第1導電層と同じ半導体からなり、前記第1導電層と異なる濃度の導電性の不純物を含有して、エッチング工程におけるエッチング速度が第1の導電層よりも遅い第3導電層を形成する工程と、前記第1導電層、前記第2導電層及び前記第3導電層をエッチングして前記第1コンタクトホール及び前記第2コンタクトホールの外部の導電層をエッチング除去する工程とを有する。
【0018】
上記の半導体装置の製造方法は、コンタクトホールの外部にある第1導電層がコンタクトホールを埋め込んでいる第2導電層及び第3導電層よりもエッチング速度が速いので、コンタクトホールの外部の導電層を除去するエッチバックの際に、コンタクトホールの上部の領域は第2導電層と第3導電層しかないのでエッチング速度が遅く、コンタクトホールの外部の領域が先にエッチング除去された時点でもまだ残っている。従って、コンタクトホール開孔部以外の部分に短絡の原因となるような導電層材料を残さないように十分オーバーエッチングを行っても、プラグロスを悪化させることがない。
【0019】
また、第2導電層をサイドウォール状に成形する際にオーバーエッチングを行うことが可能であり、これにより、第2導電層が第1導電層よりもエッチング速度が遅いためにサイドウォール状の第2導電層の先端部分が第1導電層の表面よりも高く突き出た形状とすることができ、その後の第3導電層の堆積工程において、コンタクトホールの上方領域に凸に突き出た形状に堆積させることが可能となる。コンタクトホールの上方領域の膜厚が厚いので、その後のエッチングではコンタクトホールの上方部分が残されるようにエッチングされていき、プラグロスをさらに抑制することが可能となる。
【0020】
上記の半導体装置の製造方法は、好適には、前記第2導電層をサイドウォール状に形成した後、オーバーエッチングにより第1導電層の表面よりもサイドウォール状の第2導電層の先端部を高く突き出させる。これにより、第3導電層の堆積工程において、コンタクトホールの上方領域に凸に突き出た形状に堆積させることが可能となり、プラグロスを抑制することが可能となる。
【0021】
上記の半導体装置の製造方法は、好適には、前記第1導電層よりも低い濃度のn型不純物を前記第2導電層及び前記第3導電層に含有させる、あるいは、前記第1導電層よりも高い濃度のp型不純物を前記第2導電層及び前記第3導電層に含有させる。
【0022】
ポリシリコンなどの半導体に不純物を導入して導電性を付与し、導電体として配線に利用することは一般的に行われているが、そのときの導電体中の不純物の濃度を変えることにより、エッチング速度も変えることができる。例えば、ポリシリコンにn型不純物(例えば、P)を導入したとき、ポリシリコン中の濃度が高いほどエッチング速度が速くなる。逆にポリシリコンにp型不純物(例えば、BF2 )を導入したときには、ポリシリコン中の濃度が高いほどエッチング速度が遅くなる。
【0023】
上記の半導体装置の製造方法は、好適には、前記第2導電層と前記第3導電層とを同じ速さのエッチングレートを有する材料で形成し、さらに好適には、前記第2導電層と前記第3導電層とに同じ濃度の導電性の不純物を含有させる。第2導電層と第3導電層を同じエッチングレートを有する材料とすることで、コンタクトホールの埋め込み配線層の形成のエッチバックの際に、埋め込み配線層の中央部分がえぐれてしまったり、肩の部分が落ちてしまったりすることを防ぐことが可能となる。同じエッチングレートとするためには、同じ濃度の導電性の不純物を含有させることで実現できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の断面図を図2(g)に示す。半導体基板10上に図示しないトランジスタや拡散層などの半導体素子があり、その半導体基板10の上層を絶縁膜20が被覆している。絶縁膜20には半導体基板10に達するコンタクトホールが開孔されており、コンタクトホール内にサイドウォール状の第2導電層31a及び第3導電層32からなる埋め込み配線層33が埋め込まれている。
【0025】
かかる半導体装置は、コンタクトホール内に形成された埋め込み配線層のプラグロスが抑制され、コンタクトホールの開孔部以外の部分に導電層材料が残されていない、配線の信頼性を確保した微細なコンタクトホールを有する半導体装置である。
【0026】
以下に、上記の本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。まず、図1(a)に示すように、シリコン半導体基板10上に、図示しないトランジスタや拡散層などの半導体素子を形成した後、これらの素子を被覆して例えば酸化シリコンを常圧CVDなど法によって堆積し、リフローあるいはエッチバックなどにより平坦化して絶縁膜20を形成した。その上層に、例えばポリシリコンを減圧CVD法で300nm堆積させて第1導電層30を形成した。ここで、第1導電層30用のポリシリコンとしては、n型不純物を含有させて導電性を付与した。第1導電層の上層にレジスト膜Rを例えば径0.32μmにパターニングした。
【0027】
次に、図1(b)に示すように、レジストRをマスクにしてRIE(反応性イオンエッチング)などのエッチングを行い、第1導電層30を貫通し、絶縁膜20の上方にまで開孔する第1コンタクトホールCH1を開孔した。
【0028】
次に、図1(c)に示すように、例えばポリシリコンを減圧CVD法にて第1導電層30及び第1コンタクトホールCH1内を全面に被覆して100nm堆積し、第2導電層31を形成した。ここで、第2導電層31用のポリシリコンとしては、第1導電層30のポリシリコンよりもn型不純物の濃度を低く設定した。これにより、第2導電層31は第1導電層30よりもエッチングレートが小さくできる。
【0029】
次に、図1(d)に示すように、RIEなどのエッチングを行い、第1コンタクトホールの側壁部を残すように第1で導電層30及び第2導電層31をエッチングして、サイドウォール状の第2導電層31aを形成した。このとき、第1導電層30は第2導電層31よりもエッチングレートが大きいので、第2導電層31がサイドウォール状に成形されたのちにオーバーエッチングを施すことにより、第1導電層30がエッチングされてその表面が下がり、結果としてサイドウォール状の第2導電層31aの先端部が突起状に突き出した形状となった。
【0030】
次に、図2(e)に示すように、例えばECRタイプのプラズマエッチング装置にて、絶縁膜20を貫通して半導体基板10を露出させる第2コンタクトホールCH2を開孔した。この時の第2コンタクトホールCH2の開孔径は0.1μm程度であり、サイドウォール状の第2導電層31aの形成でエッチングマスクの径を狭めたことにより、微細なコンタクトホールを形成できた。
【0031】
次に、図2(f)に示すように、例えばポリシリコンを減圧CVD法により第2コンタクトホールCH2内を埋め込み、第1導電層30及びサイドウォール状の第2導電層31aを被覆して全面に300nm堆積し、第3導電層32を形成した。このとき、サイドウォール状の第2導電層31aの先端部分が第1導電層30の表面よりも高く突き出た形状となっていることから、第3導電層32はコンタクトホールの上方領域に凸に突き出た形状となって堆積した。ここで、第3導電層32の用のポリシリコンとしては、第1導電層30のポリシリコンよりもn型不純物の濃度を低く設定した第2導電層31のポリシリコンと同じものを使用した。これにより、第3導電層32は第1導電層30よりもエッチングレートが小さくできる。
【0032】
次に、図2(g)に示すように、例えばRIEなどのエッチングにより全面にエッチバックを行い、コンタクトホールの外部の導電層は除去して、第2コンタクトホールCH2内にサイドウォール状の第2導電層31a及び第3導電層32からなる埋め込み配線層33を形成した。ここで、第1導電層30はサイドウォール状の第2導電層31a及び第3導電層32よりもエッチングレートが大きく、さらにコンタクトホール上方で膜厚が厚くなる凸の形状となっていることから、コンタクトホール開孔部以外の部分である第1導電層30は全てエッチング除去され、短絡の原因となるような導電層材料のエッチング残りがなくなるように十分オーバーエッチを行ってもコンタクトホール開孔部の上方部分が残されるようにエッチングされていき、プラグロスは抑制されている。また、RIEなどのエッチングの特性から、コンタクトホールの上方に凸に突き出た第3導電層32の肩の部分や、サイドウォール状の第2導電層31aの突起状の先端部はエッチングされやすいので、形成された埋め込み配線層33はプラグロスが抑制されたものとなった。
【0033】
以上で、図2(g)に示すように、プラグロスが抑制され、さらにコンタクトホール開孔部以外の部分に導電層材料が残されていない、配線の信頼性を確保した微細なコンタクトホールを形成することができた。
【0034】
本発明は、MOSトランジスタの半導体装置や、バイポーラ系の半導体装置、あるいはA/Dコンバータなど、コンタクトホールを有する半導体装置であればなんでも適用できる。装置の微細化、縮小化が進められた半導体装置に、微細で信頼性の高いコンタクトによる接合を提供することができる。
【0035】
本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、第1コンタクトホールの開孔工程において、第1導電層30を貫通し、絶縁膜20の上方にまでエッチングして開孔部を設けているが、第1コンタクトホールは第1導電層30を貫通させて絶縁膜20の表面を露出させたところで止めてもよく、また、第1導電層30を貫通する前に止めてもよい。導電層に含有させる不純物としては、n型ではなく、p型でもよい。但し、その場合にはp型不純物濃度を高く含有させたほうがエッチングレートが小さくなる。また、第1〜第3導電層はそれぞれ多層構成としてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、コンタクトホール内壁にサイドウォールを形成し、コンタクトホールの径を狭めて開孔して埋め込み配線層を形成する方法を用い、プラグロスが抑制され、また、コンタクトホール開孔部以外の部分に短絡の原因となるような導電層材料が残されていない埋め込み配線層を有する半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、(a)レジスト膜形成工程まで、(b)は第1コンタクトホールの開孔工程まで、(c)は第2導電層の形成工程まで、(d)はサイドウォール状の第2導電層の形成工程までを示す。
【図2】図2は図1の続きの工程を示し、(e)は第2コンタクトホールの開孔工程まで、(f)は第3導電層の形成工程まで、(g)は埋め込み配線層のエッチング工程まで示す。
【図3】図3は従来例の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、(a)レジスト膜形成工程まで、(b)は第1コンタクトホールの開孔工程まで、(c)は第2導電層の形成工程まで、(d)はサイドウォール状の第2導電層の形成工程までを示す。
【図4】図4は図3の続きの工程を示し、(e)は第2コンタクトホールの開孔工程まで、(f)は第3導電層の形成工程まで、(g)は埋め込み配線層のエッチング工程まで示す。
【符号の説明】
10…半導体基板、20……絶縁膜、30…第1導電層、31、31a…第2導電層、32…第3導電層、33…埋め込み配線層、R…レジスト、CH1、CH2…コンタクトホール
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having fine contacts.
[0002]
[Prior art]
As seen in recent VLSI and the like, with the progress of higher integration and higher performance of semiconductor devices, fine processing of semiconductor devices has become an indispensable condition. In order to finely process a semiconductor device, for example, the gate width of a gate electrode of a transistor or the area occupied by a capacitor in a DRAM or the like is reduced, while the wiring portion is required to be finely processed as well.
[0003]
Among them, self-alignment contact technology that can eliminate the design margin on the mask for alignment of the contact hole process has attracted attention, and has been activated especially in generations after the 0.25 μm rule. To put it to practical use, it must be said that there are still many problems, such as the need to clear a highly difficult etching technique that stops etching on thin Si 3 N 4 . Therefore, a conventionally known method has been attempted in which a layer serving as a mask for opening a contact hole is formed on the inner wall of the contact hole in the shape of a sidewall and the diameter of the contact hole is narrowed. .
[0004]
Hereinafter, a method of narrowing and opening the contact hole will be described with reference to the drawings.
[0005]
FIG. 4G is a cross-sectional view of the semiconductor device manufactured by the above manufacturing method. A semiconductor element such as a transistor or a diffusion layer (not shown) is provided on the semiconductor substrate 10, and the insulating film 20 covers the upper layer of the semiconductor substrate 10. A contact hole reaching the semiconductor substrate 10 is opened in the insulating film 20, and a buried wiring layer 33 including a sidewall-like second conductive layer 31 a and a third conductive layer 32 is embedded in the contact hole.
[0006]
Below, the manufacturing method of said semiconductor device is demonstrated. First, as shown in FIG. 3A, after forming semiconductor elements such as transistors and diffusion layers (not shown) on the silicon semiconductor substrate 10, these elements are covered and, for example, silicon oxide is formed by a method such as atmospheric pressure CVD. Then, the insulating film 20 is formed by planarizing by reflow or etch back. On the upper layer, for example, polysilicon is deposited to a thickness of 300 nm by a low pressure CVD method to form the first conductive layer 30. A resist film R is patterned on the first conductive layer to have a diameter of, for example, 0.32 μm.
[0007]
Next, as shown in FIG. 3B, etching such as RIE (reactive ion etching) is performed using the resist R as a mask to penetrate the first conductive layer 30 and open above the insulating film 20. The first contact hole CH1 is opened.
[0008]
Next, as shown in FIG. 3C, for example, polysilicon is deposited over the entire surface of the first conductive layer 30 and the first contact hole CH1 by a low pressure CVD method to deposit 100 nm, and the second conductive layer 31 is formed. Form.
[0009]
Next, as shown in FIG. 3D, etching such as RIE is performed, the second conductive layer 31 is etched so as to leave the side wall portion of the first contact hole, and the side wall-like second conductive layer 31a. Form.
[0010]
Next, as shown in FIG. 4E, a second contact hole CH2 that penetrates the insulating film 20 and exposes the semiconductor substrate 10 is opened by, for example, an ECR type plasma etching apparatus. At this time, the opening diameter of the second contact hole CH2 is, for example, about 0.1 μm, and a fine contact hole can be formed by narrowing the diameter of the etching mask by forming the sidewall-like second conductive layer 31a.
[0011]
Next, as shown in FIG. 4F, for example, polysilicon is embedded in the second contact hole CH2 by a low pressure CVD method, and the first conductive layer 30 and the sidewall-like second conductive layer 31a are covered. The third conductive layer 32 is formed by depositing 300 nm.
[0012]
Next, as shown in FIG. 4G, the entire surface is etched back by etching such as RIE, for example, and the conductive layer outside the contact hole is removed to form a sidewall-like first in the second contact hole CH2. A buried wiring layer 33 composed of the second conductive layer 31 a and the third conductive layer 32 is formed. In the above process, the polysilicon used for the first conductive layer 30, the second conductive layer 31, and the third conductive layer 32 is provided with conductivity by containing, for example, an n-type impurity.
[0013]
According to the above method, unlike the above-described self-aligned contact, a new process such as a high selectivity ratio with respect to Si 3 N 4 is unnecessary, and the conventional approach of carefully clearing the microloading effect is applied. As a result, it is possible to achieve contact holes with a very fine and high aspect ratio of about 0.1 μmφ.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, when forming the buried wiring layer of the contact hole using this technique, as shown in FIG. 4G, the plug loss becomes large in the etch back of the buried wiring layer 33, so that the upper layer is flattened or the stack contact is formed. There is a problem of adversely affecting the formation of the wiring and greatly reducing the reliability of the wiring. If the over-etching amount is reduced to suppress this plug loss, there is a problem that the conductive layer material that causes a short circuit is left in the portion other than the contact hole opening due to the etching uniformity problem. .
[0015]
As an etching method, there is a method of confirming the end point of etching by observing the emission of plasma, but in the case of etch back of the buried wiring layer, the effect of suppressing plug loss is hardly obtained, and The problem remains unsolved.
[0016]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. Therefore, the object of the present invention is to form a sidewall on the inner wall of the contact hole and to narrow the diameter of the contact hole to form a buried wiring layer. And a method of manufacturing a semiconductor device having a buried wiring layer in which plug loss is suppressed and a conductive layer material that causes a short circuit is not left in a portion other than a contact hole opening portion. It is.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a first conductive layer on the insulating film, and the first conductive layer. And a step of opening the first contact hole, and an inner wall of the first contact hole made of the same semiconductor as the first conductive layer, containing conductive impurities having a concentration different from that of the first conductive layer, Forming a sidewall-like second conductive layer whose etching rate in the etching process is slower than that of the first conductive layer; and forming a second contact hole in the insulating film using the second conductive layer as a mask And the first conductive layer, the upper layer of the second conductive layer, and the second contact hole are made of the same semiconductor as the first conductive layer and contain conductive impurities having a concentration different from that of the first conductive layer. to etch Forming a third conductive layer having an etching rate slower than that of the first conductive layer, etching the first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer to form the first contact hole. And a step of etching away the conductive layer outside the second contact hole.
[0018]
In the semiconductor device manufacturing method, the first conductive layer outside the contact hole has a higher etching rate than the second conductive layer and the third conductive layer in which the contact hole is buried. When etching back to remove the contact hole, the upper region of the contact hole has only the second conductive layer and the third conductive layer, so that the etching rate is slow, and still remains even when the region outside the contact hole is etched away first. ing. Therefore, even if the over-etching is sufficiently performed so as not to leave a conductive layer material that causes a short circuit in a portion other than the contact hole opening portion, the plug loss is not deteriorated.
[0019]
In addition, it is possible to perform over-etching when the second conductive layer is formed into a sidewall shape. As a result, the second conductive layer has a slower etching rate than the first conductive layer, so The tip portion of the second conductive layer can be protruded higher than the surface of the first conductive layer, and in the subsequent step of depositing the third conductive layer, it is deposited in a shape protruding convexly in the region above the contact hole. It becomes possible. Since the film thickness of the upper region of the contact hole is thick, the subsequent etching is performed so that the upper portion of the contact hole remains, and plug loss can be further suppressed.
[0020]
Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, after the second conductive layer is formed in a sidewall shape, the end portion of the second conductive layer in the sidewall shape is formed over the surface of the first conductive layer by overetching. Protrude high. As a result, in the step of depositing the third conductive layer, it is possible to deposit in a shape protruding convexly in the region above the contact hole, and plug loss can be suppressed.
[0021]
The method of manufacturing a semiconductor device, preferably, contain an n-type impurity concentration lower than the previous SL first conductive layer on the second conductive layer and the third conductive layer, or the first conductive layer A higher concentration of p-type impurities is contained in the second conductive layer and the third conductive layer.
[0022]
Introducing impurities into a semiconductor such as polysilicon to impart conductivity and using it as a conductor for wiring is generally performed, but by changing the concentration of impurities in the conductor at that time, The etching rate can also be changed. For example, when an n-type impurity (for example, P) is introduced into polysilicon, the etching rate increases as the concentration in the polysilicon increases. Conversely, when p-type impurities (for example, BF 2 ) are introduced into polysilicon, the higher the concentration in the polysilicon, the slower the etching rate.
[0023]
In the method for manufacturing a semiconductor device, preferably, the second conductive layer and the third conductive layer are formed of a material having the same etching rate, and more preferably, the second conductive layer The third conductive layer contains conductive impurities having the same concentration. By using the materials having the same etching rate for the second conductive layer and the third conductive layer, the center portion of the buried wiring layer may be removed during the etch-back process for forming the buried wiring layer in the contact hole, It becomes possible to prevent the part from falling off. In order to obtain the same etching rate, it can be realized by containing conductive impurities having the same concentration.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2G shows a cross-sectional view of the semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method of this embodiment. A semiconductor element such as a transistor or a diffusion layer (not shown) is provided on the semiconductor substrate 10, and the insulating film 20 covers the upper layer of the semiconductor substrate 10. A contact hole reaching the semiconductor substrate 10 is opened in the insulating film 20, and a buried wiring layer 33 including a sidewall-like second conductive layer 31 a and a third conductive layer 32 is embedded in the contact hole.
[0025]
In such a semiconductor device, the plug loss of the buried wiring layer formed in the contact hole is suppressed, and the conductive layer material is not left in the portion other than the opening portion of the contact hole, and the fine contact that ensures the reliability of the wiring. A semiconductor device having a hole.
[0026]
A method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described below. First, as shown in FIG. 1A, after forming semiconductor elements such as transistors and diffusion layers (not shown) on a silicon semiconductor substrate 10, these elements are covered and, for example, silicon oxide is applied by atmospheric pressure CVD or the like. The insulating film 20 was formed by planarizing by reflow or etch back. On the upper layer, for example, polysilicon is deposited to a thickness of 300 nm by a low pressure CVD method to form the first conductive layer 30. Here, as the polysilicon for the first conductive layer 30, an n-type impurity was contained to impart conductivity. A resist film R was patterned on the first conductive layer to have a diameter of, for example, 0.32 μm.
[0027]
Next, as shown in FIG. 1B, etching such as RIE (reactive ion etching) is performed using the resist R as a mask to penetrate the first conductive layer 30 and open above the insulating film 20. A first contact hole CH1 was opened.
[0028]
Next, as shown in FIG. 1C, for example, polysilicon is deposited over the entire surface of the first conductive layer 30 and the first contact hole CH1 by a low pressure CVD method to deposit 100 nm, and the second conductive layer 31 is formed. Formed. Here, as the polysilicon for the second conductive layer 31, the n-type impurity concentration was set lower than that of the polysilicon of the first conductive layer 30. Thereby, the etching rate of the second conductive layer 31 can be made smaller than that of the first conductive layer 30.
[0029]
Next, as shown in FIG. 1D, etching such as RIE is performed, and the conductive layer 30 and the second conductive layer 31 are first etched to leave the side wall portion of the first contact hole. A second conductive layer 31a having a shape was formed. At this time, since the first conductive layer 30 has an etching rate larger than that of the second conductive layer 31, the first conductive layer 30 is formed by performing over-etching after the second conductive layer 31 is formed into a sidewall shape. As a result, the surface of the second conductive layer 31a having a sidewall shape protruded into a protruding shape.
[0030]
Next, as shown in FIG. 2E, a second contact hole CH2 that penetrates the insulating film 20 and exposes the semiconductor substrate 10 is opened by, for example, an ECR type plasma etching apparatus. At this time, the opening diameter of the second contact hole CH2 was about 0.1 μm, and a fine contact hole could be formed by narrowing the diameter of the etching mask by forming the sidewall-like second conductive layer 31a.
[0031]
Next, as shown in FIG. 2F, for example, polysilicon is filled in the second contact hole CH2 by a low pressure CVD method, and the first conductive layer 30 and the sidewall-like second conductive layer 31a are covered. The third conductive layer 32 was formed by depositing 300 nm. At this time, since the tip end portion of the sidewall-like second conductive layer 31a protrudes higher than the surface of the first conductive layer 30, the third conductive layer 32 protrudes in the region above the contact hole. Deposited in a protruding shape. Here, as the polysilicon for the third conductive layer 32, the same polysilicon as the polysilicon of the second conductive layer 31 in which the n-type impurity concentration is set lower than that of the polysilicon of the first conductive layer 30 is used. Thereby, the etching rate of the third conductive layer 32 can be made smaller than that of the first conductive layer 30.
[0032]
Next, as shown in FIG. 2G, the entire surface is etched back by etching such as RIE, for example, and the conductive layer outside the contact hole is removed to form a sidewall-shaped first in the second contact hole CH2. An embedded wiring layer 33 composed of the second conductive layer 31a and the third conductive layer 32 was formed. Here, the first conductive layer 30 has a convex shape in which the etching rate is higher than that of the second conductive layer 31a and the third conductive layer 32 in a sidewall shape, and the film thickness is increased above the contact hole. The first conductive layer 30 other than the contact hole opening is completely removed by etching, and even if the overetching is sufficiently performed so that there remains no etching residue of the conductive layer material causing a short circuit, the contact hole opening Etching is performed so that the upper part of the part remains, and plug loss is suppressed. In addition, due to etching characteristics such as RIE, the shoulder portion of the third conductive layer 32 protruding above the contact hole and the protruding tip portion of the sidewall-like second conductive layer 31a are easily etched. The formed buried wiring layer 33 has suppressed plug loss.
[0033]
As described above, as shown in FIG. 2G, plug loss is suppressed, and a conductive layer material is not left in a portion other than the contact hole opening portion, and a fine contact hole that ensures wiring reliability is formed. We were able to.
[0034]
The present invention can be applied to any semiconductor device having a contact hole, such as a MOS transistor semiconductor device, a bipolar semiconductor device, or an A / D converter. It is possible to provide bonding with a fine and highly reliable contact to a semiconductor device whose device has been miniaturized and reduced.
[0035]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the step of opening the first contact hole, the first conductive layer 30 is penetrated and etched to the upper side of the insulating film 20 to provide the opening portion. May be stopped when the surface of the insulating film 20 is exposed by penetrating the first conductive layer 30, or may be stopped before penetrating the first conductive layer 30. The impurity contained in the conductive layer may be p-type instead of n-type. However, in that case, the etching rate is lower when the p-type impurity concentration is higher. The first to third conductive layers may each have a multilayer structure. In addition, various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, a plug loss is suppressed by using a method of forming a buried wiring layer by forming a sidewall on the inner wall of a contact hole and opening the contact hole with a reduced diameter, and other than the contact hole opening portion. A semiconductor device having a buried wiring layer in which no conductive layer material that causes a short circuit is left in this portion can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, wherein (a) up to a resist film forming process, (b) up to a first contact hole opening process; ) Shows the process up to the formation of the second conductive layer, and (d) shows the process up to the process of forming the sidewall-like second conductive layer.
FIGS. 2A and 2B show a process continued from FIG. 1, wherein FIG. 2E shows a process for forming a second contact hole, FIG. 2F shows a process for forming a third conductive layer, and FIG. The etching process is shown.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, where FIG. 3A shows a process up to a resist film formation process, and FIG. 3B shows a process up to the opening process of a first contact hole; ) Shows the process up to the formation of the second conductive layer, and (d) shows the process up to the process of forming the sidewall-like second conductive layer.
4 shows a process following FIG. 3, in which (e) shows the process until the second contact hole is formed, (f) shows the process until the formation of the third conductive layer, and (g) shows the embedded wiring layer. The etching process is shown.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 20 ... Insulating film, 30 ... 1st conductive layer, 31, 31a ... 2nd conductive layer, 32 ... 3rd conductive layer, 33 ... Embedded wiring layer, R ... Resist, CH1, CH2 ... Contact hole

Claims (6)

半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第1導電層を形成する工程と、
前記第1導電層に第1コンタクトホールを開孔する工程と、
前記第1コンタクトホールの内壁に、前記第1導電層と同じ半導体からなり、前記第1導電層と異なる濃度の導電性の不純物を含有して、エッチング工程におけるエッチング速度が第1の導電層よりも遅いサイドウォール状の第2導電層を形成する工程と、
前記第2導電層をマスクにして前記絶縁膜に第2コンタクトホールを開孔する工程と、
前記第1導電層と前記第2導電層の上層及び前記第2コンタクトホール内に、前記第1導電層と同じ半導体からなり、前記第1導電層と異なる濃度の導電性の不純物を含有して、エッチング工程におけるエッチング速度が第1の導電層よりも遅い第3導電層を形成する工程と、
前記第1導電層、前記第2導電層及び前記第3導電層をエッチングして前記第1コンタクトホール及び前記第2コンタクトホールの外部の導電層をエッチング除去する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first conductive layer on the insulating film;
Opening a first contact hole in the first conductive layer;
The inner wall of the first contact hole is made of the same semiconductor as the first conductive layer, contains conductive impurities having a concentration different from that of the first conductive layer, and the etching rate in the etching process is higher than that of the first conductive layer. Forming a second sidewall-like second conductive layer,
Opening a second contact hole in the insulating film using the second conductive layer as a mask;
The upper layer of the first conductive layer and the second conductive layer and the second contact hole are made of the same semiconductor as the first conductive layer and contain conductive impurities having a concentration different from that of the first conductive layer. A step of forming a third conductive layer whose etching rate in the etching step is slower than that of the first conductive layer;
Etching the first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer to etch away the first contact hole and the conductive layer outside the second contact hole. .
前記第2導電層をサイドウォール状に形成した後、オーバーエッチングにより第1導電層の表面よりもサイドウォール状の第2導電層の先端部を高く突き出させる
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the second conductive layer is formed in a sidewall shape, the tip of the second conductive layer in the sidewall shape is protruded higher than the surface of the first conductive layer by overetching. .
前記第1導電層よりも低い濃度のn型不純物を前記第2導電層及び前記第3導電層に含有させる
請求項記載の半導体装置の製造方法。
The process according to claim 1, the semiconductor device according to contain the first lower concentration than the conductive layer n-type impurity into the second conductive layer and the third conductive layer.
前記第1導電層よりも高い濃度のp型不純物を前記第2導電層及び前記第3導電層に含有させる
請求項記載の半導体装置の製造方法。
The process according to claim 1, the semiconductor device according to contain the high concentration p-type impurity than the first conductive layer on the second conductive layer and the third conductive layer.
前記第2導電層と前記第3導電層とを同じ速さのエッチング速度を有する材料で形成する
請求項記載の半導体装置の製造方法。
The method according to claim 1, wherein forming the third conductive layer and the second conductive layer of a material having an etching rate of the same speed.
前記第2導電層と前記第3導電層とに同じ濃度の導電性の不純物を含有させるThe second conductive layer and the third conductive layer contain conductive impurities having the same concentration.
請求項1記載の半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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