JPH02205343A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体領域及びこれを囲むフィールド酸化物領
域により隣接する表面を有する半導体本体を具え、この
表面には導体細条が形成された金属層を設け、その後前
記表面上の前記導体細条全体に亘って酸化珪素の分離層
を堆積して半導体装置を製造する方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 導体細条は、これが半導体領域上、及びフィールド酸化
物領域上に延在して半導体領域と接触し得るように設け
ることができる。これがため、導体細条は、例えば半導
体領域に設けられる電界効果トランジスタのソース及び
ドレイン領域に接触させることができる。従って導体細
条は、その上に堆積した珪素酸化物の分離層にあけた接
点窓を経て、珪素酸化物の分離層上に設けた金属化層に
更に接触させることができる。又、導体細条は、半導体
本体の表面にも設は得る多結晶シリコンの導体細条にも
更に接続することができる。次いで両導体細条を珪素酸
化物の分離層によって被覆する。これがため、例えば半
導体領域に設けた電界効果トランジスタのソース又はド
レイン領域を半導体本体に設けるべき他の電界効果トラ
ンジスタのゲート電極に接続することができる。しかし
、導体細条は、これがフィールド酸化物上にのみ、又は
半導体領域上にのみ延在させるように配列することもで
きる。この場合には、この導体細条を用いて種々の相互
接続を確立することもできる。

導体細条を、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウ
ム、ニオブ、母すブデン、ハフニウム、タンタル又はタ
ングステンの層で形成するようにした前述した種類の半
導体装置の製造方法はヨーロッパ特許側第１９００７０
号明細書に記載されている。

この酸化珪素の分離層は、酸化ステップカバレージが得
られる堆積処理によって堆積する場合には特にこれらの
問題が生ずる。しかしサブミクロンの寸法の電界効果ト
ランジスタのような回路素子を有する半導体装置の製造
中かかる堆積処理は極めて必要となる。

本発明の目的は、半導体本体の表面上の金属導体細条上
に酸化珪素の層を堆積処理によって珪素を堆積する既知
の方法の１つによって半導体本体の表面の導体細条上に
堆積することができる。

（発明が解決しようとする課題） 実際には、かかる既知の方法を用いることによって種々
の問題が生ずることを確かめた。例えば、酸化珪素によ
り被覆された導体細条の電気抵抗は金属細条のその特性
のために期待されている抵抗値より著しく大きい。酸化
珪素層を、良好に堆積し得ると共に、これにより導体細
条が不所望な電気特性を得ることなく良好なステップカ
バレージが得られるようにした上述した種類の半導体装
置の製造方法を提供せんとするにある。

（課題を解決するための手段） この目的のため、本発明方法は、半導体領域及びこれを
囲むフィールド酸化物領域により隣接する表面を有する
半導体本体を具え、この表面には導体細条が形成された
金属層を設け、その後前記表面上の前記導体細条全体に
亘って酸化珪素の分離層を堆積して半導体装置を製造す
るに当り、前記酸化珪素の分離層を前記導体細条上に設
ける前に、この導体細条に酸化防止材料の上側層を設け
ることを特徴とする。

本発明は、良好なステップカバレージが得られる堆積処
理によって酸化珪素層の堆積中、チタン、バナジウム、
クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウ
ム、タンタル又はタングステンの導体細条が容易に酸化
されると云う事実を認識して成したものである。かかる
処理中半導体本体は６５０　℃以上の温度で加熱すると
共に実際上常時酸化成分を含有する珪素含有ガス混合物
を半導体本体上に流す。即ち、このガス混合物は酸素を
有する不純物又は酸素化合物がジクロロシランを含有す
るガス混合物内に存在する形態とする。かかる条件にお
いて前記金属は容易に酸化する。４５０゛Ｃ以下の充分
に低い温度では上述したことは起らないが、これらの温
度では良好なステップカバレージを有する酸化珪素の層
は堆積し得ない。かかる酸化によって導体細条は腐食さ
れ、これが極めて高い抵抗値を有するか又は完全に遮断
されるようになる。

本発明手段によれば酸化珪素の分離層の堆積中導体細条
の酸化が防止されるようになる。

酸化防止上側層は窒化珪素又は酸化珪素から製造するこ
とができる。しかし上述した理由のため、これら層は例
えばプラズマ堆積処理により低温度で堆積する必要があ
る。しかし、これらの層のステップリカバレージは良好
でなくなる。

本発明の好適な例では前記導体細条にはアモルファスシ
リコンの上側層を酸化防止上側層として設けるようにす
る。良好なステップカバレージを有するかかるアモルフ
ァスシリコンの層は、スパッタ堆積処理又はアモルファ
スシリコンがモノシランを含有する蒸気から堆積される
堆積処理によって比較的低温度で容易に堆積することが
できる。

後者の場合にはこの金属層は、４５０°Ｃ以下の温度で
発生し得るモルシランの放電反応に対する触媒として作
用する。これらの処理は実際上前述した金属が酸化しな
い条件で実行される。又、アモルファスシリコンの上側
層は導体細条自体上に酸化珪素を堆積する間には殆んど
酸化されないことを確かめた。更に、この上側層は密実
で下側の金属が実際上観察し得ないことを確かめた。

又、本発明の好適な例では前記導体細条には厚さが少な
くとも３ｎｍのアモルファスシリコンの上側層を設ける
ようにする。更に厚さが最小のアモルファスシリコンの
層によっても下側の金属層を充分に酸化から防止するこ
とができることを確かめた。

更に、本発明により上側層を有する導体細条を実際に設
けた方法では導体細条に上側層を設け、その表面に形成
した金属層上に酸化防止材料の層を設け、並置層の双方
を導体細条に対応させて同一パターンにエツチングし得
るようにする。金属層及び酸化防止層の双方はスパッタ
堆積処理によって堆積することができる。これら両層は
単一製造工程中同一の機器で堆積することができる。

更に、本発明の好適な例では前記酸化防止材料の層を先
ず最初上記パターンにエツチングし、次いでこの酸化防
止材料の層のパターンをマスクしながら下側の金属層に
エツチングにより同一のパターンを形成し得るようにす
る。次いでこの上側層によって例えば厚さが５ｎｍの極
めて薄いマスクを形成し、これによりこのマスクの開口
を経て液状エツチング材により下側の金属層を充分満足
に湿潤させることができる。これがため、例えば互に１
μｍ以下の距離で離間された比較的幅狭の導体細条を形
成することができる。金属層は例えば過酸化水素の溶液
中でアモルファスシリコンの上側層に対して極めて選択
的にエツチングすることができる。

又、チタン及び窒素を添加したタングステンの層に導体
細条を更に形成するのが好適である。タングステン及び
チタンの混合物に窒素を添加することにより、酸化珪素
の堆積中金属層の横方向酸化を強く防止することができ
る。かかる窒素の添加を行うことにより、導体細条は、
その両側の窒素添加による上側層により被覆されていな
い部分において、窒素添加を行わない場合よりも−層強
く酸化されるようになる。従って導体細条は減少端部を
有するようになるが、これも窒素の添加によって防止す
ることができる。

（実施例） 第１〜８図は本発明方法により製造した半導体装置の製
造工程の数段を示す。出発材料は、ｐ導電型珪素半導体
領域３及びこれを囲むフィールド酸化物領域４に隣接す
る表面２を有する半導体本体Ｉとする。このフィールド
酸化物領域４は通常のように珪素の局部酸化により得る
ことができる。

又、このフィールド酸化物は半導体本体に形成した条溝
に珪素酸化物を充填することによっても形成することが
できる。本例では表面２は、半導体領域３上及びフィル
ド酸化物領域４上に同一レベルで位置させる。しかし、
この表面２のレベルを半導体領域３上よりもフィールド
酸化物領域４上で高（することもできる。表面レベルが
平坦な場合を“埋込みフィールド酸化物°゛と称する。

図面にはフィルド酸化物領域４によって囲まれた単一の
半導体領域３のみを示すが、実際には半導体本体は極め
て多数のかかる領域を具える。

これら領域の各々は、例えば電界効果トランジスタのよ
うな回路素子を具える。本例では半導体領域３に電界効
果トランジスタを具える。

通常のようにこの半導体表面２には半導体領域３からゲ
ート酸化物の層５によって分離された多結晶珪素のゲー
ト電極６を設ける。図面に示すようにフィールド酸化物
領域４上には多結晶珪素の導体細条７をも設ける。この
導体細条７は、隣接する半導体領域に設ける電界効果ト
ランジスタのゲート電極を構成する。ゲート電極６及び
導体細条７を形成した後、約５５ＫｅＶのエネルギーで
約２×１０Ｉｓイオン／　ｃｍ　”のドーズ量でＢＦ２
”イオンを通常のように注入して半導体領域８及び９を
形成する。これらゲート電極６及びフィールド酸化物領
域４はイオン注入用マスクとして用いる。半導体領域８
及び９は電界効果トランジスタのソース及びドレイン領
域として用いる。これら半導体領域８及び９を形成した
後半導体本体１全体に酸化珪素層を堆積すると共にこの
酸化珪素層に対し端縁分離部分１０がこの酸化珪素層上
に残存するような時間に亘り異方性エツチング処理を施
してゲート電極６及び導体細条７に端縁分離部分１０を
設ける。

電気抵抗の低い半導体領域８及び９を接触し得るように
するためにこれら領域８及び９に金属珪化物より成る上
側層Ｉ２を設けるのが好適である。

この層は、珪素に対し珪化物を形成し得る金属の層１１
、本例では、厚さが約４０ｎｍのチタン層によって半導
体本体１全体を被覆し、その後基板１を窒素雰囲気中で
６５０°Ｃの温度で１０秒間に亘り加熱することによっ
て形成する。金属層１１が珪素と接触する区域ではチタ
ン珪化物が形成され、且つ金属層が酸化珪素上に位置す
る区域では窒化チタンが形成されるようになる。次いで
形成した窒化チタンをアンモニア及び過酸化水素の水溶
液中で除去する。次いで基板ｌを窒素雰囲気中で８５０
°Ｃの温度で更に１０秒間に亘り加熱する。次に、半導
体領域８及び９、ゲート電極６及び多結晶珪素の導体７
には、抵抗値が２．５〜３．５Ω／口のチタン珪化物の
安定な上側層１２を設ける。ゲート電極６及び導体細条
７の端縁分離部分１０及びフィールド酸化物領域４には
上記チタン珪化物を被覆しない。

チタン珪化物の上側層１２を形成した後、半導体領域３
及びフィールド酸化物領域４に形成された半導体領域８
及び９と隣接し、上側にゲート電極６及び多結晶珪素の
導体７が形成されている半導体本体の表面２に金属導体
細条１７．１Ｂを設ける。

この表面２上の導体細条１７．１８全体に亘って酸化珪
素の分離層１９を堆積する。これら２つの金属導体細条
１７及び１８を第７及び８図に示す。導体細条１７は半
導体領域８上、フィールド酸化物領域４上及び多結晶珪
素導体細条７上に延在させると共にこれによって半導体
領域８を導体細条７に接続する。又、導体細条１８は、
半導体領域８及びフィールド酸化物領域４上に延在させ
ると共に酸化珪素１ｉ１９にあけた窓２０及びこの窓２
０に設けた金属プラグ体２１を経て酸化珪素層１９上に
設けた他の導体２２に接続する。

上記金属導体細条１７．１８は、表面２上に金属層１３
を堆積し、次いでこの金属層を導体細条１７．１８に対
応するパターンにエツチングすることによって表面２に
形成する。本発明によれば、酸化珪素層１９を導体細条
１７．１８上に設ける前にこの導体細条１７．１８に酸
化防止材料の上側層重６を設ける。

酸化珪素の分離層１９は、層を堆積し得、且つ極めて良
好なステップカバレージを有する処理によって形成する
必要がある。かかる処理中半導体基板１を６５０“Ｃ以
上の温度に加熱し、且つ、珪素含有ガス混合物、例えば
テトラエトキシシランＳｔ　（ＯＣＪｂ）　４、又はジ
クロロシラン５ｉＨ２Ｃｌ　ｚ及び酸素の混合物を半導
体本体上に流すようにする。これらの条件のもとでは、
チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、
モリブデン、ハフニウム又はタングステン或いはその合
金は容易に酸化し得るようになる。第１の例においても
、ガス混合物はこの目的のための充分な量の酸素を含有
する。従ってかかる金属の導体細条は比較的高い抵抗値
を有し、電気的な遮断をも行う場合がある。その理由は
高温度に耐え得ると共に酸化珪素層の下側に設けるのが
極めて好適であるからである。４５０°Ｃの以下の充分
に低い温度ではこの金属は酸化ガス混合物内においても
実際上酸化しないが、かかる低温度では良好なステップ
カバレージを有する酸化珪素層を設けることはできない
。しかし、酸化防止上側層１６を設けることにより導体
細条上に極めて良好なステップカバレージを有する酸化
珪素層を堆積することができる。

本発明による導体細条１７．１Ｂには、アモルファスシ
リコンの上側［１６を酸化防止上側層として設ける。か
かる上側層は、通常のスパッタ堆積処理又はアモルファ
スシリコンをモノシラン（ＳｉＨ４）含有蒸気から堆積
する堆積処理によって４５０″Ｃ以下の温度で容易に堆
積することができる。第２の例の場合には金属表面は、
４５０°Ｃ以下の温度で生じ得るモノシランの分解反応
に対する触媒として作用する。これらの処理中上述した
金属は酸化しない。実際上アモルファスシリコンの上側
層自体は、良好なステップカバレージを有する上述した
処理の１つによって酸化珪素の堆積中酸化しないことを
確かめた。又、かかる上側層を密実にすると、実際に下
側の金属が酸化され得ないことを確かめた。

アモルファスシリコンの酸化防止上側層はその厚さを少
くとも３ｎｍとするのか好適である。かかる厚さの層は
下側の金属を酸化か・ら充分に防止することができる。

半導体本体１の表面２に、チタン、バナジウム、クロム
、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タ
ンタル又はタングステン或いはその混合物の金属層１３
を、例えば通常のスパッタ堆積処理によって堆積し、そ
の後金属層を酸化防止材料の層１４によって被覆するこ
とによって、金属導体細条１７．１８に酸化防止上側層
１６を設ける。次いで、双方の層を、通常のように設け
たフォトレジストマスク１５でマスク処理しながら、導
体細条１７に対応するパターンにエツチングする。この
際、酸化防止材料の［１４を先ず最初このパターンにエ
ツチングする。次いで酸化防止材料の層の残りの部分１
６を、フォトレジストマスク１５の除去後、下側の金属
層１３を同一のパターンにエツチングする工程中マスク
として用いる。これがため、酸化防止上側層１６を有す
る導体細条１７を形成することができる。本例ではアモ
ルアスシリコンの層とするかかる酸化防止層１４は、テ
トラフルオロカーボン（ＣＦ２）及び酸素を含有するガ
ス混合物中で形成したプラズマ内で金属層１３に対して
極めて選択的にエツチングすることができる。本例では
チタン及びタングステンの窒素含有合金より成る金属層
１３は、その下側に位置する材料、即ち金属酸化物及び
酸化珪素並びにアモルファスシリコンに対し過酸化水素
溶液中で選択的にエツチングすることができる。酸化防
止層１４によって厚さが３〜５０ｎｍの極めて薄いマス
クを構成するため、金属層１３はその被覆されていない
部分で極めて満足するように湿潤されるようになる。こ
れがため、極めて僅かな距離（１μｍ以下）離間された
導体細条を得ることができる。

チタン及びタングステンを１＝４の割合で含有し、且つ
これに１０〜３０原子％の窒素を更に添加したチタン及
びタングステンの窒素含有混合物の金膜層１３は、その
厚さを例えば１１００ｎとするが、アモルファスシリコ
ンの層１４の厚さは３ｎｍ以上とする。この層は、例え
ば、チタン及びタングステンを１：４の割合で含有する
ターゲットを、多くとも２５容量％の窒素を含有するア
ルゴン及び窒素含有ガス中で１５０°Ｃの温度でｍトル
の圧力でスパッタリングすることによって堆積すること
ができる。

従って多くとも３０原子％の窒素がこの層内に含有され
るようになる。かようにこの層１３に窒素を添加するこ
とにより基板全体に亘る酸化珪素層１９の次の堆積中金
属層の横方向の酸化を強く防止することができる。窒素
を添加しないチタン及びタングステンの混合物の層の横
方向酸化が３００ｎｍとなる場合でも、窒素を添加した
かかる合金の同一厚さの層の横方向酸化は１４０ｎｍと
なるだけである。

酸化珪素層１９は、これをテトラエトキシシランのガス
雰囲気中で約７００　℃の温度で加熱することによって
基板１上に設ける。次いでこの層を通常のように平坦化
する。最後に酸化珪素層１９に接点窓２０を形成する。

この窓２０を導体細条１８上全体に位置させることによ
り、そのエツチング工程中下側のフィールド酸化物４を
損傷し得ない他の利点がある。その理由は、導体細条１
８がエツチングストッパとして作用するからである。

次いで、タングステンを導体細条１８上に選択的に堆積
するか又は基板１上全体に肉厚の金属層を被覆し、次い
でこれを再び酸化珪素層までエツチング除去し、接点窓
に充填された部分が残存するようにして接点窓２０に通
常のように金属２１、例えばタングステンを充填する。

酸化珪素層上には例えばアルミニウムの他の金属層２２
を設け、次いでこれを前記接点窓２０の金属２１及び金
属導体１８並びに金属珪化層１２を経て半導体領域９に
電気的に接触させるようにする。

導体細条１７．１８を形成する金属層１３は、金属珪化
物の上側層１２を半導体領域８，９及び多結晶ゲート電
極６並びに多結晶導体細条７上に形成した後に設けるの
が好適である。この場合形成順序も相違する。例えば先
ず最初金属珪化物を形成する金属層１１上に金属層１３
を設け、その後に珪化処理を施す。この際この処理を適
宜行って下側の金属層１１によって下側の珪素に対する
金属珪化物を形成するが、上側の金属層１３は変化させ
ないでそのままとする。次いで上側の金属層に導体細条
を形成し、その後金属珪化物に変換しなかった下側金属
層１１の被覆していない部分を除去する。しかし、上述
した方法に対し、この方法によれば、珪化処理中珪素が
半導体領域８．９から、すでに形成された珪化物を経て
拡散し、いまだ反応してないな金属に対し珪化物を形成
する。かようにして例えばゲート電極６の側方分離部分
１０のような酸化珪素上にも金属珪化物を形成すること
ができる。これがため、不所望な短絡が生ずるようにな
る。かかる金属珪化物の過成長は本発明方法では防止す
ることができる。前述したように、金属珪化物は窒素雰
囲気中で極めて短い時間で形成される。金属層１１の下
側に珪素が存在しない区域ではこの層は窒化物金属に変
換されない。この金属によって珪素に対する極めて良好
な拡散障壁を構成するため、上述した金属窒化物の過成
長は強く抑圧されるうようになる。この金属窒化物は、
窒素含有雰囲気中で６００〜７００　’Ｃの温度で５〜
２０秒間に亘り熱処理を施すことによって形成するのか
好適である。

本発明方法は上述した例にのみ限定されるものではなく
、要旨を変更しない範囲内で種々の変形を加えることが
できる。例えば半導体領域３に電界効果トランジスタを
形成する代りに例えばバイポーラトランジスタのような
他の回路素子を形成し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明方法により得られる半導体装置の種
々の製造工程を夫々示す断面図である。 １・・・半導体本体（基板） ２・・・表面　　　　　　　３・・・半導体領域４・・
・フィールド酸化物領域 ５・・・ゲート酸化物層　　６・・・ゲート電極７・・
・導体細条　　　　　８，９・・・半導体領域１０・・
・端縁分離部分　　　１１・・・金属層１２・・・上側
層（チタン珪化物） １３・・・金属層　　　　　　１４・・・酸化防止層１
５・・・フォトレジストマスク １６・・・酸化防止上側層　　１７．１８・・・金属導
体細条１９・・・酸化珪素Ｎ２０・・・接点窓２１・・
・金属（タングステン）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体領域及びこれを囲むフィールド酸化物領域に
   より隣接する表面を有する半導体本体を具え、この表面
   には導体細条が形成された金属層を設け、その後前記表
   面上の前記導体細条全体に亘って酸化珪素の分離層を堆
   積して半導体装置を製造するに当り、前記酸化珪素の分
   離層を前記導体細条上に設ける前に、この導体細条に酸
   化防止材料の上側層を設けることを特徴とする半導体装
   置の製造方法。 ２、前記導体細条にはアモルファスシリコンの上側層を
   酸化防止上側層として設けるようにしたことを特徴とす
   る請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 ３、前記導体細条には厚さが少なくとも３ｎｍのアモル
   ファスシリコンの上側層を設けるようにしたことを特徴
   とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 ４、前記導体細条には酸化防止材料の表面層に設けられ
   た金属層上に堆積され、前記導体細条に対応する同一パ
   ターンに両隣接層をエッチングすることにより上側層を
   設けるようにしたことを特徴とする請求項１〜３の何れ
   かの項に記載の半導体装置の製造方法。 ５、前記酸化防止材料の層を先ず最初上記パターンにエ
   ッチングし、次いでこの酸化防止材料の層のパターンを
   マスクしながら下側の金属層にエッチングにより同一の
   パターンを形成することを特徴とする請求項４に記載の
   半導体装置の製造方法。 ６、前記導体細条は、タングステン及びチタンの混合物
   に窒素を加えることにより形成した層に導体細条を設け
   るようにしたことを特徴とする請求項５に記載の半導体
   装置の製造方法。 ７、タングステン及びチタンを１：４の割合で含む混合
   物に１０〜３０原子％の窒素を加えることを特徴とする
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。 ８、導体細条を形成する金属層を設ける前に半導体領域
   に少くとも局部的に金属珪化物の上側層を設けることを
   特徴とする請求項１〜７の何れかの項に記載の半導体装
   置の製造方法。 ９、前記金属珪化物の上側層は、窒素含有雰囲気中で６
   ００〜７００℃の温度で５〜２０秒に亘り熱処理を施す
   ことより形成することを特徴とする請求項８に記載の半
   導体装置の製造方法。