JPH02277230A - 電極取り出し部の構成方法 - 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、半導体集積回路装置における電極取り出し部
の構成方法に関する。

（従来の技術） 近年の半導体集積回路装置の高密度、高集積化の進展に
伴い、集積素子の超微細化、配線層の多層化は解決すべ
き大きな課題となっている。中でも金属配線については
微細化が困難であり、−船釣に行われているアルミ配線
を１μｍ以下の微細配線とするには技術的に解決すべき
多くの問題を有し、その主なものに、コンタクトホール
の形成、コンタクトホール内のアルミ蒸着被覆の劣化に
起因する接続の不安定性、あるいは多層配線化に伴う電
極取り出し部のコンタクトホールの深さの多様性から高
アスペクト比のコンタクトホールへの接続の問題等が挙
げられる。

第３図は、上記のような問題点をＮＭＯ８型Ｏ８ンジス
タを例として説明する断面図で、（ａ）図は平面図、（
ｂ）図はそのＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）図は等価回路を
示している（工業調査会発行パ電子材料′″１９８６年
６月号、Ｐ、２２ないしＰ、２７参照）。

図中、ｌはＰ型シリコン基板、２は二酸化珪素からなる
素子分離領域、３はゲート絶縁膜、４はＮ型の導電性を
有する多結晶シリコン膜で、ゲート電極を構成する。５
ａ、５ｂはそれぞれソースおよびドレインとしてのＮ型
拡散領域、６はフローガラスからなる層間絶縁膜、７は
コンタクトホール、８ａ、８ｂはそれぞれＮ型拡散領域
５ａ、５ｂからのアルミ合金電極である。なお、表面の
保護膜は省略して説明する。

上記の構成において、コンタクトホール７の開口部はｙ
＝ｏ、ａμ鳳で、断面積は８μＩ１２、層間絶縁膜６の
膜厚は０．６μ閣で、コンタクトホール７のアスペクト
比は０．７５となる。このような微小の、しかも高アス
ペクト比のホール部分にアルミ合金を蒸着して電極を形
成することは技術的にかなり困難で、その成否は半導体
集積回路装置の信頼性を大きく左右することになる。

ゲート電極の多結晶シリコン膜４からの距離Ｘは０．５
μ閣と小さいため、コンタクトホール７を大きく形成で
きず、結局、現在のような高アスペクト比のコンタクト
ホール７にアルミを蒸着することになるが、その場合、
均一に蒸着できず、コンタクトホール内壁の蒸着膜は薄
くなり、かつ底部の隅にはマイクロクラックが生じやす
くなる。

以上のようなことから、コンタクトホールの直径が１．
０μＩにまで微細化されると、蒸着によってアルミ原子
が内部に充分入り込むことができず。

そのため、均一なアルミ被覆による安定した接続の電極
を形成することは不能となる。

（９！明が解決しようとする課題） 本発明は上記従来の電極部構成上の問題点に鑑み、高密
度半導体集積回路装置の微細構造を有する電極取り出し
に適用可能な、接続の安定性を維持する形成容易な電極
構造の構成方法を堤供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の課題を、半導体集積回路装置の形成時に
おいて、半導体基板の主面に形成された不純物拡散層の
面に、多結晶シリコン膜を形成し。

それをコンタクトホールの形成予定領域に島状に残す選
択エツチング工程と、層間絶縁膜を被覆した後、前記島
状部分上部の層間絶縁膜を除去する選択的エツチング工
程と、前記層間絶縁膜の開口部をマスクとして上記島状
部分の多結晶シリコンＩＩＩを選択的に除去し１階段状
の内壁を有するコンタクトホールを形成する工程と、主
面上部に導電性被膜を堆積し、これを電極パターンに形
成する工程によって達成する。

（作　用） 上記電極構成による本発明によれば、微細なコンタクト
ホールから安定して電極が取り出され。

半導体集積回路装置の信頼性を向上させることができる
。

（実施例） 以下１本発明を一実施例により図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を説明する図で、ＮＭＯ
３型Ｏ３ンジスタのソース、ドレイン拡散領域から電極
を取り出す製造工程断面図で、第３図の符号と同一また
は同等の機能部分は同じ符号を使用している。

まず、同図（ａ）において、Ｐ型シリコン基板１には二
酸化珪素からなる素子分離領域２が形成されており、３
はゲート絶縁膜、４はＮ型導電性の多結晶シリコン膜、
５ａ、５ｂはそれぞれソース。

ドレインとしてのＮ型拡散領域である。また、１１は約
２００人の薄い二酸化珪素膜、１２はコンタクトホール
の形成に関与する第１の多結晶シリコン膜で、膜厚は０
．５μｍである。

次に、図（ｂ）のように、コンタクトホール形成予定領
域に、選択的フォトエツチングにより第１の多結晶シリ
コン膜１２を島状部分１２１に形成する。

この場合、下地の二酸化珪素膜１１によってエツチング
は終了される。また、コンタクトホールを一辺０．８μ
ｍの開口にするには、０．７μｍないし０．８μ瓢のエ
ツチングパターンを形成する。これは島状に残存するパ
ターンであるから、形成は容易である。

次に、図（ｃ）のように、ＢＰＳＧ膜（Ｂｏｒｏｐｈ−
ｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ膜；硼末リン
珪酸ガラス膜）からなる層間絶縁１１１１３を第１の多
結晶シリコン膜の島状部分１２１に被覆して０．５μＩ
堆積し、９００℃でリフローする。

次に、図（ｄ）のように、層間絶縁膜１３を選択的にフ
ォトエツチングして、コンタクトホールの一部となる開
口部７１を形成させた後、第２の多結晶シリコン膜１４
を０．３μｍ堆積する。なお、その最適な膜厚は全体の
層間絶縁膜厚（＝前出および後出の層間絶縁１１１１３
．１５の厚さの総計）から決定される。

次に、図（，３）のように、第２の多結晶シリコン膜１
４をフォトエツチングして、多結晶シリコン膜の島状部
分１２１を形成し、また、ホール開口部７１の部分にオ
ーバーラツプさせて第２の多結晶シリコン膜の部分１４
１を形成する。次に、ＢＰＳＧＩ漠からなる第２の層間
絶縁膜１５を０　、６ｐｍ堆積し、９００℃でリフロー
し、それを第２の多結晶シリコン膜の部分１４１を覆う
ように選択的にフォトエツチングし、コンタクトホール
の一部７２を開口させ、第２の多結晶シリコン膜の部分
１４１の上面を露出させる。次に、その時のフォトマス
ク２１を使用して。

多結晶シリコン膜の選択的プラズマエツチングにより第
２の多結晶シリコン膜の部分１４１および第１の多結晶
シリコン膜の島状部分１２１を除去し。

さらに、薄い二酸化珪素膜１１を酸化膜エツチングする
ことにより、ソース、ドレインのＮ型拡散層領域５ａ、
５ｂの電極形成部を露出させる。

次に１図（ｆ）のように、上記のように開口したコンタ
クトホールにアルミ合金膜を蒸着し、それを選択エツチ
ングしてアルミ合金電極８ａ、８ｂを形成、シンターし
た後、プラズマナイトライド膜によって装置の表面保護
膜１６を形成する。

以上のように形成する本発明のコンタクトホールの側壁
は１強調して示したように、二層の多結晶シリコン膜の
島状部分１２１、同じく部分１４１と、二層の層間絶縁
膜１３．１５により階段状に見えるが、実際では極めて
緩やかなテーパ状となり、コンタクトホールの表面の開
口はかなり大きく、多結晶シリコン膜４にオーバーラツ
プしているようであるが、層間絶縁膜１３．１５によっ
て絶縁されるため、装置の動作に影響はない。

この実施例によれば、多結晶シリコン膜の島状部分１２
１の大きさを０．８μ■とすれば、コンタクトホールの
表面開口部は２．０μ腫に形成でき、これはアルミ蒸着
において内部にまで均一にアルミ原子が侵入するに充分
で、安定した電極接続となる。また、素子の表面保護膜
１６は、コンタクトホールの形状が改善されることによ
ってその内部にまで均一に保護することができる。

なお、一般に直径が１μｍ以下のコンタクトホールでは
、電極接続にアルミ・シリコン合金を使用するとシリコ
ンが析出して接続不良を発生しやすいが、それを避ける
ため、モリブデンシリサイドなどの耐熱性合金とアルミ
・シリコン合金の二重構造膜を成長させることによって
、安定した電極接続が可能で、接続の改善効果が得られ
る。また。

前記多結晶シリコン膜の島状部分１２１と部分１４１の
間に薄い絶縁膜があっても、層間絶縁膜、多結晶シリコ
ン膜、絶縁膜等のエツチングの繰返しにより１本発明の
コンタクトホールの形成が可能である。さらに、多結晶
シリコン膜の配線またはタングステンシリサイド膜との
二重構造の配線構造を使用する半導体集積回路装置にお
いては、配線等を形成する多結晶シリコン膜あるいは金
属珪化物をコンタクトホール領域に島状に残せば、工程
の追加を必要とせず、本発明が実施可能である。

第２図は、本発明の他の実施例を説明するＮチャンネル
ＭＯＳトランジスタにおける電極部の構成工程断面図で
ある。

同図（、）において、５１ａ、５１ｂはＮチャンネルＭ
ＯＳトランジスタのソース、ドレインを形成するＮ型拡
散領域であり、コンタクトホールの形成予定領域に、ゲ
ート電極の形成時と同時に多結晶シリコン膜４の一部を
島状部分４１に残置形成させる。

次に、図（ｂ）のように、ＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁
膜１３１を０．５μｍ堆積し、９００℃のりフローを行
った後、前記選択的に残した上記第１の多結晶シリコン
膜の島状部分４１にオーバーラツプさせたフォトマスク
２１を形成し、選択的プラズマエツチングにより、図（
ｃ）のように、第１の多結晶シリコン膜の島状部分４１
の上面にコンタクトホール領域１７の一部１７１を形成
するとともに、その時のフォトマスクを使用して上記島
状部分４１を除去し。

さらにゲート絶縁膜３を酸化エツチングしてソース、ド
レインとしてのＮ型拡散領域５１ａ、５１ｂの電極形成
部を露出させる。

次に、上記のように開口したコンタクトホール底部領域
は、Ｎ型拡散領域として不純物が注入されていないから
、開口部から砒素をイオン注入してＮ型不純物層５２ａ
、５２ｂを形成する。次に、アルミ合金膜を蒸着し、図
（ｄ）のように、フォトエツチングによってアルミ合金
電極８ａ、８ｂの配線パターンを形成し、それをシンタ
ーしてからプラズマナイトライド膜からなる表面保護膜
１６（図示せず）を形成し、素子の形成を終る。なお、
上記では表面保護膜は省略した。

この実施例によっても、コンタクトホールの側壁は強調
して示しているように階段状になりそうであるが、実際
のデバイスではかなり緩やかなテーパ状に形成される。

また、コンタクトホール表面上のサイズは前述筒１の実
施例はど大きくはならないが、電極接続効果は充分であ
る。なお、この方法をＮチャンネルＭＯＳデバイスに適
用する場合は特に、多結晶シリコン膜の形成回数を増加
せずに実施可能な利点がある。

この実施例において、コンタクトホールを形成した後、
アルミ合金電極８ａ、８ｂの代りにリンを含む多結晶シ
リコン膜、タングステンシリサイド膜の二重構造の電極
を形成してもよい。この場合、コンタクトホール内は緩
やかなスロープでタングステンシリサイド膜のストレス
が緩和され、配線の信頼性を改善することができる。

（発明の効果） 以上説明して明らかなように、本発明によれば、高密度
半導体装置の微細構造を有する電極の形成において１例
えば０．８μｍ角、深さ１．０μ−のような高アスペク
ト比のコンタクトホールを形成しても。

実質的にコンタクトホールの開口面積が拡大され、アル
ミ合金など蒸着による被覆性が改善され、安定した電極
の接続が可能となり、さらに、アルミ配線と多結晶シリ
コン１漠とは多層の層間絶縁膜によって高い、３０Ｖ以
上の充分な絶縁耐圧が得られ、層間耐圧はマスク合せ精
度への依存性が少ないため、装置の信頼性を向上する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ本発明の第１．第２実施例の
工程断面図、第３図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は従来
の半導体集積回路装置の電極取り出し部を説明する平面
図、断面図および等価回路図である。 １・・・Ｐ型シリコン基板、　２・・・素子分離領域、
　３・・・ゲート絶縁膜、　４．１２．１４・・多結晶
シリコン膜、　５ａ、　５ｂ・・・Ｎ型拡散領域、　８
ａ、　８ｂ・・・アルミ合金電極、　１３゜１５・・・
層間絶縁膜。 特許出願人　松下電子工業株式会社 第 図 第 図 第 図 ａ １］ 第 図 （ａ） （ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体集積回路装置の形成時において、半導体基
   板の主面に形成された不純物拡散層の面に、多結晶シリ
   コン膜を形成し、それをコンタクトホールの形成予定領
   域に島状に残す選択エッチング工程と、層間絶縁膜を被
   覆した後、前記島状部分上部の層間絶縁膜を除去する選
   択的エッチング工程と、前記層間絶縁膜の開口部をマス
   クとして上記島状部分の多結晶シリコン膜を選択的に除
   去し、階段状の内壁を有するコンタクトホールを形成す
   る工程と、主面上部に導電性被膜を堆積し、これを電極
   パターンに形成する工程とを含むことを特徴とする電極
   取り出し部の構成方法。
2. （２）電極パターンがアルミ合金と耐熱性合金の多層膜
   からなることを特徴とする請求項（１）記載の電極取り
   出し部の構成方法。
3. （３）半導体集積回路装置の形成時において、半導体基
   板の主面に形成された不純物拡散層の面に、第１の多結
   晶シリコン膜を形成し、それをコンタクトホールの形成
   予定領域に島状に残す選択エッチング工程と、前記第１
   の多結晶シリコン膜を第１の絶縁膜により被覆した後、
   前記島状部分上部の絶縁膜を除去する選択的エッチング
   工程と、第２の多結晶シリコン膜を前記第１の多結晶シ
   リコン膜上に積層し、それを島状に前記第１の多結晶シ
   リコン膜にオーバーラップさせて選択的に残し、それを
   第２の絶縁膜によって被覆させ、前記多結晶シリコン膜
   の上部を覆う領域の絶縁膜を除去する選択エッチングを
   繰返す工程と、前記島状の多結晶シリコン膜を除去し、
   内壁を階段状に形成する選択エッチング工程と、主面に
   導電性膜を堆積して電極パターンを形成する工程を有す
   ることを特徴とする電極取り出し部の構成方法。
4. （４）電極パターンがアルミ合金と耐熱性合金の多層膜
   からなることを特徴とする請求項（３）記載の電極取り
   出し部の構成方法。