JPH043455A - Soiトランジスタ積層半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Soiトランジスタ積層半導体装置とその製造方法

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JPH043455A
JPH043455A JP2103810A JP10381090A JPH043455A JP H043455 A JPH043455 A JP H043455A JP 2103810 A JP2103810 A JP 2103810A JP 10381090 A JP10381090 A JP 10381090A JP H043455 A JPH043455 A JP H043455A
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transistor
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upper layer
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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SOIトランジスタを積層する半導体装置とそ
の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体装置は微細化により集積度を向上させてきたが、
サブミクロン領域になりこれ以上の微細化は技術的に困
難になりつつある。そこで、マスクルールは微細化せず
トランジスタ層を多層にして集積度を上げる試みがなさ
れている。しかし、トランジスタ間を電気的に結合する
配線は複雑になり、層内のみでなく層間のトランジスタ
の接続も必要になる。このため配線に要する面積も増大
する。
第3図に示す従来のSOIトランジスタ積層半導体装置
の断面図を用いて従来の構造、製造方法を具体的に説明
する。
フィールド酸化膜2により素子分離領域が規定されたシ
リコン基板1上に、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン拡
散層3.その一部がフィールド酸化膜2上に延在するゲ
ート電極4からなる下層トランジスタが形成される。シ
リコン基板1の全面に例えば5i02からなる層間絶縁
M5が堆積され、この上にシリコン半導体層が形成され
、シリコン半導体層にゲート絶縁膜、ソース・ドレイン
半導体層6.その一部が層間絶縁膜5上に延在する多結
晶シリコンからなるゲート電極7から、SOI構造の上
層トランジスタが形成される。
上層トランジスタ、層間絶縁膜5の上には例えば5i0
2からなる絶縁膜8が堆積されている。
次に、下層トランジスタのソース・ドレイン拡散層3と
上層トランジスタのソース・ドレイン半導体層6とを接
続する場合を例にして、層間のトランジスタの接続に関
する説明を行なう。
上層トランジスタの形成と前後して、層間絶縁膜5にソ
ース・ドレイン拡散層3へ達するコンタクトホールを設
け、選択気相成長によりタングステン10をこのコンタ
クトホールに埋設し、下層アルミ配線であるところのア
ルミニウム11のパターンを層間絶縁膜5上に形成する
。続いて、絶縁膜8を堆積した後、これに、アルミニウ
ム11に達するコンタクトホールとソース・ドレイン半
導体層6に達するコンタクトホールとを設け、上層アル
ミ配線であるところのアルミニウム12を形成すること
により、下層トランジスタのソース・ドレイン拡散層3
と上層トランジスタのソース・ドレイン半導体層6との
接続が実現する。
〔発明が解決しようとする課題〕
第3図に示したように、従来技術ではSO■トランジス
タ積層半導体装置において層間のトランジスタの接続を
得るためには、層間のトランジスタの端子を直接接続す
ることはできず、複数のコンタクトホール、複数の配線
金属層を必要とし、そのために必要な工程が存在し、更
に専用の面積も必要とするため、集積度の向上の妨げと
なっていた。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のSOエトランジスタ積層半導体装置は、選択気
相成長により金属が埋め込まれた1つのコンタクトホー
ルにより、層間のトランジスタの端子を直接接続してい
る。また、このコンタクトホールにおける上層トランジ
スタ端子の貫通部の側壁は、他の貫通部における側壁よ
り後退して形成されている。
本発明における上記の形状のコントクトホールの第1の
製造方法は、まずエツチングにより上層トランジスタ上
部の絶縁膜に貫通部を形成し、続いて等方性のドライエ
ツチングにより上層トランジスタの端子の部分に貫通部
を形成し、更に異方性のドライエツチングより上層トラ
ンジスタと下層タリンジスタとの間の層間絶縁膜に貫通
部を形成する方法である。
本発明における上記の形状のコントクトホールの第2の
製造方法は、異方的なドライエツチングにより上層トラ
ンジスタ上部の絶縁膜、上層トランジスタの端子の部分
、上層トランジスタと下層トランジスタとの間の層間絶
縁膜を同一の径で貫く貫通部を形成し、上層トランジス
タの端子の部分の貫通部に金属を選択気相成長させ、こ
の成長金属をエツチング除去するともに、上層トランジ
スタの端子の部分の貫通部をエツチングことにより上層
トランジスタの端子の部分の貫通部の側壁を後退させ、
本発明のコンタクトホールの形状を形成する方法である
〔作用〕
本発明においては、上層トランジスタの端子と下層トラ
ンジスタの端子とを1つのコンタクトホールにより接続
する。このことにより、配線に要する面積を減らすこと
ができる。また、上層トランジスタの端子におけるコン
タクトホールの貫通部の側壁が後退していることから、
上層トランジスタの端子とコンタクトホールに埋設され
た金属との接触面積が広くなり、この部分におけるコン
タクト抵抗を低くすることができる。
〔実施例〕
次に本発明について図′面を参照して説明する。
第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例を説明す
るための工程順の断面図である本実施例では、上層トラ
ンジスタのソース・ドレイン半導体層と下層トランジス
タのソース・ドレイン拡散層とを接続させる場合を例に
して説明する。
まず、フィールド酸化膜2により素子分離領域が規定さ
れたシリコン基板1上に、ゲート絶縁膜ソース・ドレイ
ン拡散層3a、その一部がフィールド酸化膜2上に延在
するゲート電極4からなる下層トランジスタを形成する
。次に、シリコン基板1の全面に例えばS i 02か
らなる層間絶縁膜5を堆積する。この上に形成したシリ
コン半導体層に、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン半導
体層6.その一部が層間絶縁膜5上に延在する多結晶シ
リコンからなるゲート電極7からなるSOI構造の上層
トランジスタを形成する。更に、上層トランジスタ、層
間絶縁膜5の上に、例えば5i02からなる絶縁膜8a
を0.1〜0.5μm堆積する〔第1図(a)〕。
次に、フォトレジスト膜9をマスクにして異方性ドライ
エツチングにより絶縁膜8aにコンタクトホールの貫通
部を形成する。更に、6弗化硫黄や3弗化窒素などを用
いた等方性ドライエツチングにより、上層トランジスタ
のソース・ドレイン半導体層6に、絶縁膜8aのコンタ
クトホールの貫通部の側壁より0.3〜0.8μm後退
した側壁を有するコンタクトホールの貫通部を形成する
〔第1図(b)〕。
再び、異方性ドライエツチングを行なうことにより、層
間絶縁膜5のコンタクトホールの貫通部を形成する。そ
の後、フォトレジスト膜9を剥離する。この段階で、最
上層の絶縁膜8aから下層トランジスタのソース・ドレ
イン拡散層3aに到るコンタクトホールの形状が出来あ
がる〔第1図(C〉〕。
次に、選択気相成長を用いてコンタクトホール内にタン
グステン10aを成長させて埋め込む〔第1図(d)〕
上層トランジスタのソース・ドレイン半導体層6に設け
られたコンタクトホールの貫通部におり)ても側壁表面
がシリコンであるためタングステンの選択成長が起る。
しかしながら、シラン還元選択タングステンCVDのよ
うに供給律速反応によりタングステン成長が起る場合、
上層トランジスタのソース・ドレイン半導体層6に設け
られた側壁の後退したコンタクトホールの貫通部ではガ
スの回り込みが悪いため、ここでの成長速度はコンタク
トホール底面のソース・ドレイン拡散層3a表面におけ
るタングステンの成長速度より小さくなる。
このため、上層トランジスタのソース・ドレイン半導体
層6に設けられた貫通部の側壁から成長したタングステ
ンがこの貫通部の後退部分を埋めつくすときには、コン
タクトホール底面から成長してきたタングステンは十分
成長している。従って、このままタングステン成長を継
続しても、上層トランジスタのソース・ドレイン半導体
層6に設けられた貫通部に空洞が残ることはない。
第2図(a)〜(C)は本発明の第2の実施例を説明す
るための工程順の断面図である本実施例でも、上層トラ
ンジスタのソース・ドレイン半導体層と下層トランジス
タのソース・ドレイン拡散層とを接続させる場合を例に
して説明する。
まず、第1図(a)に示した構造までは第1の実施例と
同様に形成し、続いてフォトレジスト膜(図示せず)を
マスクに用いた異方性ドライエ・ンチングにより、下層
トランジスタのソース・ドレイン拡散層3aに到るコン
タクトホールを形成する。続いて、フォトレジスト膜の
剥離を行なう〔第2図(a)〕。この段階でのコンタク
トホールには、側壁における後退部分は形成されていな
い。
次に、選択気相成長によりタングステンを成長すると、
コンタクトホールにおける上層トランジスタのソース・
ドレイン半導体層6の貫通部、および下層トランジスタ
のソース・ドレイン拡散層3a表面からなるコンタクト
ホール底面にタングステン10b、およびタングステン
10cが成長する。タングステン10bの成長が進み上
層トランジスタのソース・ドレイン半導体層6の貫通部
においてコンタクトホールが塞がると、タングステン1
0cの成長は停止し、コンタクトホールの層間絶縁膜5
の貫通部に空洞が形成される〔第2図(b)〕。
続いて、6弗化硫黄や3弗化窒素などを用いて等方性ド
ライエツチングを行なう。このエツチングにより、タン
グステン10bは除去される。
一方、タングステン10cのエツチングは多少進行する
が、その形状の変化は微少である。タングステン10b
が除去された後、上層トランジスタのソース・ドレイン
半導体層6の露出面のエツチングが進行し、コンタクト
ホールにおける上層トランジスタのソース・ドレイン半
導体層6の貫通部の側壁が後退することになり、コンタ
クトホールの形状は第1の実施例と同様になる〔第2図
(C)〕。
なお、ソース・ドレイン半導体層6の露出面がエツチン
グされるとき、タングステン10cの存在によりソース
・ドレイン拡散層3aはこの工・ンチングから保護され
る。
次に、再び選択気相成長によりトングステンを成長する
ことにより、第1の実施例における第1図(d)に示し
た構造を得る。このとき、第1の実施例で示したと同じ
理由で、コンタクトホール内部に空洞が形成されること
はない。
なお、第1.第2の実施例では、上層トランジスタのソ
ース・ドレイン半導体層と下層トランジスタのソース・
ドレイン拡散層とを接続させる場合について述べたが、
上層、下層トランジスタの接続端子の組合せはこれに限
定されるものではない。
また、第1.第2の実施例においては、シリコン半導体
装置について記述したが、GaAsなどの他の半導体装
置でも良い。更に、選択気相成長金属としてタングステ
ンを用いたが、他の金属。
合金、または化合物でも構わない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、SOIトランジスタ積層
半導体装置とその製造方法において、上層と下層のトラ
ンジスタの接続配線を1つのコンタクトホール内で行な
えることから、これの実現のために複数のコンタクトホ
ールおよびその形成工程、複数の配線金属層およびその
形成工程を必要としなくなり、接続配線専用のスペース
を最小限に抑えることができるため、集積度の向上が可
能となる。
〜(c)は本発明の第2の実施例を説明するための工程
順の断面図、第3図は従来のS○エトランジスタ積層半
導体装置の断面図である。
1・・・シリコン基板、2・・・フィールド酸化膜、3
.3a・・・ソース・ドレイン拡散層、4.7・・・ゲ
ート電極、5・・・層間絶縁膜、6・・・ソース・ドレ
イン半導体層、8,8a・・・絶縁膜、9・・・フォト
レジスト膜、10.10a、10b、 10cm タン
グステン、11.12・・・アルミニウム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、フィールド酸化膜により素子分離領域が規定された
    半導体基板上にゲート絶縁膜、ソース・ドレイン拡散層
    、前記フィールド酸化膜上に延在するゲート電極からな
    る下層トランジスタと、層間絶縁膜を介して前記半導体
    基板上に形成された半導体層上にゲート絶縁膜、ソース
    ・ドレイン半導体層、前記層間絶縁膜上に延在するゲー
    ト電極からなるSOI構造の上層トランジスタと、前記
    上層トランジスタ上に堆積された絶縁膜とからなるSO
    Iトランジスタ積層半導体装置において、前記絶縁膜を
    貫通し、前記上層トランジスタにおける前記層間絶縁膜
    上に延在した部分の前記ゲート電極、あるいは前記ソー
    ス・ドレイン半導体層を貫通し、前記層間絶縁膜を貫通
    し、前記下層トランジスタにおける前記フィールド酸化
    膜上に延在した部分の前記ゲート電極、あるいは前記ソ
    ース・ドレイン拡散層に到るコンタクトホールを有し、 前記上層トランジスタの部分における前記コンタクトホ
    ールにおいて、他の部分の前記コンタクトホールの側壁
    より後退した側壁を有し、 前記上層トランジスタの前記ゲート電極、あるいは前記
    ソース・ドレイン半導体層と、前記下層トランジスタの
    前記ゲート電極、あるいは前記ソース・ドレイン拡散層
    とが、前記コンタクトホールに埋め込まれた金属により
    接続された構造を有することを特徴とするSOIトラン
    ジスタ積層半導体装置。 2、請求項1記載のSOIトランジスタ積層半導体装置
    において、 フォトレジスト膜による前記コンタクトホールのマスク
    パターンを形成する工程と、 前記フォトレジスト膜をマスクに前記絶縁膜のエッチン
    グ後、等方性のドライエッチングにより前記上層トラン
    ジスタの所定箇所に側壁の後退した貫通部を形成し、異
    方性のドライエッチングにより前記層間絶縁膜に貫通部
    を設けて前記コンタクトホールを形成する工程と、 選択気相成長法により、前記コンタクトホールに前記金
    属を埋め込む工程と、 を有することを特徴とするSOIトランジスタ積層半導
    体装置の製造方法。 3、請求項1記載のSOIトランジスタ積層半導体装置
    において、 フォトレジスト膜により前記コンタクトホールのマスク
    パターンを形成する工程と、 前記フォトレジスト膜をマスクに用いた異方性のドライ
    エッチングにより、前記絶縁膜、前記上層トランジスタ
    の所定箇所、および前記層間絶縁膜に、側壁が同一面を
    形成する貫通部を有するコンタクトホールを形成する工
    程と、 選択気相成長法により、前記コンタクトホールの前記上
    層トランジスタにおける前記側壁に前記金属を堆積させ
    る工程と、 前記コンタクトホールの前記上層トランジスタにおける
    前記側壁に堆積された前記金属を、等方的なドライエッ
    チングにより除去し、上層トランジスタにおける前記側
    壁をエッチングし、前記上層トランジスタにおける前記
    側壁を後退させる工程と、 選択気相成長法により、前記コンタクトホールに前記金
    属を埋め込む工程と、 を有することを特徴とするSOIトランジスタ積層半導
    体装置の製造方法。
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