JPH0491429A - 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】 〔概要〕 半導体装置の製造方法、より詳しくは、シリコン半導体
基板にコンタクトしたアルミニウム合金の配線の形成方
法（コンタクト形成）に関し、半導体基板と接触してい
るＡｌ−３ｉ合金配線層からの基板上でのエピタキシャ
ルＳ１析出を防止するか大幅に減少させることのできる
半導体装置の製造方法を提供することを目的として、シ
リコン半導体基板の上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜にコ
ンタクトホールを形成し、該コンタクトホール内に表出
した前記シリコン半導体基板とコンタクトしたシリコン
含有アルミニウム合金ノ配線層を形成する工程を有する
半導体装置の製造方法において、前記シリコン含有アル
ミニウム合金の配線層を形成する前に、前記表出したシ
リコン半導体基板の単結晶表面に格子欠陥を生じさせる
ように不活性ガスの高周波プラズマエツチング処理を施
すように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法、より詳しくは、シリ
コン半導体基板にコンタクトしたアルミニウム合金の配
線の形成方法（コンタクト形成）に関する。

メモリーデバイス、ロジックデバイスを含めた半導体装
置におけるシリコン基板の不純物導入領域（Ｐ型または
Ｎ型領域）との電気的な接触部（コンタクト）であるア
ルミニウム配線の形成は、歩留り、信頼性、半導体装置
の特性等にとって重要な要因である。特に、半導体装置
の高密度化・微細化に伴って接触部（コンタクトホール
）も小さくされ、コンタクト（配線）形成技術も改良、
改善が成されている。

〔従来の技術〕

配線のアルミニウムが基板のシリコンと反応してアルミ
ニウムのスパイクが発生し、これがＰＮ接合の破壊（ジ
ャンクションショート）を招くことがあり、これを防止
するために、アルミニウムに１〜２％のシリコンを含有
させたもの（ＡＩ８１合金）が広く使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなＡ　Ｉ−３ｉ合金では、熱処理工程を経るに
つれてアルミニウム中の過飽和となったシリコンがシリ
コン基板上に析出してエピタキシャル成長し、実効的な
コンタクト面積が小さくなり、コンタクト抵抗が増大す
るという問題が生じる。

特に、シリコン基板上に析出したシリコン（Ｓｌ）は不
純物として３価のＡＩを含んでいるので、Ｐ型のＳｉと
してエピタキシャル成長する。そこで、シリコン基板の
コンタクト部分である不純物導入領域がＮ型の場合に、
エピタキシャルＳｉ析出物との間にＰＮ接合を作り、コ
ンタクト抵抗が一層増大する。これらのことは、コンタ
クトホールが小さくなるほど、顕著になる。

本発明の目的は、半導体基板と接触しているＡｌ−８１
合金配線層からの基板上でのエピタキシャルＳｉ析出を
防止するか大幅に減少させることのできる半導体装置の
製造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、シリコン半導体基板の上に絶縁膜を形成
し、該絶縁膜にコンタクトホールを形成し、該コンタク
トホール内に表出したシリコン半導体基板とコンタクト
したシリコン含有アルミニウム合金の配線層を形成する
工程を有する半導体装置の製造方法において、シリコン
含有アルミニウム合金の配線層を形成する前に、表出し
たシリコン半導体基板の単結晶表面に格子欠陥を生じさ
せるように不活性ガスの高周波プラズマエツチング処理
を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法によって
達成される。

不活性ガスの高周波プラズマエツチング処理は、熱酸化
による８１０２層で１〜２ｎｍ厚さをエツチングするの
に相当する条件にて行われること好ましい。この条件よ
りも処理が少ないと、エピタキシャルＳｉ析出の防止な
いし減少の効果が小さく、一方、処理が過剰であると、
コンタクト抵抗が増大するなどの好ましくないことがあ
る。

〔作用〕

本発明にしたがって、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）
などの不活性ガスを用いた高周波プラズマエツチング処
理によってシリコン基板のシリコン単結晶が少し削られ
て、格子欠陥が作られ、エピタキシャル成長の条件がく
ずれて、エピタキシャルＳｉ析出を回避することが出来
る。

本発明では原理的に不活性ガスの高周波プラズマエツチ
ング処理でシリコン基板の表面を１０〜２０人程度の粗
面化するわけであり、・このことは特開昭５’ｌ−１１
１０２１号公報にて開示されている「配線層と接触する
半導体基板の表面を粗面化またはおよび表面に凹部を形
成して」　（明細書、第１頁、第８〜１０行目〉と似て
いる。しかしながら、該公報では、接触面積を拡大する
ために、ｒＣＦ４　と０２ガスの混合プラズマ雰囲気中
で・・・ドライエツチングを・・・行い、コンタクト孔
４から露出したシリコン基板７部分の表面を深さ０．１
５〜０．３μｍ程度蝕刻して凹部６を形成すると共に、
この凹部６の底面に粗面５をけいせいする」　（同書、
第２頁、左下欄、第２頁、第１１〜１８行目参照）ので
あって、アルミニウム合金配線からのエピタキシャルＳ
ｉ析出を回避するものではない。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例および
比較例によって本発明の詳細な説明する。

第１図に示すように、シリコン半導体基板１とコンタク
トしたアルミニウム配線７を次のようにして形成した。

第２図に示すように、シリコン半導体基板１にＮ型（ま
たはＰ型）領域４をイオン注入法によって形成し、該基
板１上にＰＳＧ層（絶縁層）２をＣＶＤ法に形成した。

フォトエツチング法に従って、ＰＳＧ層２を選択的にエ
ツチングしてコンタクトホール３（直径１，２μｍ）を
開け、不純物拡散領域４を表出させた。そして、Ａｌ−
Ｓｉ合金（配線）層を形成するに先立つ前処理として、
５％ＨＦ　（弗化水素酸）に５秒程度半導体基板を浸漬
して表出表面上の自然酸化膜をエツチング除去した。

第３図に示すように、本発明にしたがって、半導体基板
に不活性ガスの高周波プラズマエツチング処理を下記条
件で施して、半導体基板７の（不純物拡散領域４）表出
表面に格子欠陥を与えたく表面を荒らした）。なお、こ
のことは図面上ではギザギザ表面５として示す。

エツチング除去　：　アルゴン エツチング時運カニ　　５ｍｍＴｏｒｒパワー　　　　
　　：　　　２５０Ｗ 工ツチング時間　：　２０秒 次に、第１図に示すように、Ａ１−１％Ｓｉ層（厚さ＝
１．０μｍ）７を基板１の表出表面（ギザギザ表面）５
を含めて全面にスパッタリング法で形成した。このＡ　
Ｉ−３ｉ層７を通常のフォトエツチング法によって選択
的にエツチングして所定パターンの配線とした。そして
、４５０℃、３０分のアニール熱処理を施してから、基
板１の表面とＡ１−８１層７との界面を調べて、Ｐ壁領
域での場合に第４図ａに示す結果が、そしてＮ型領域の
場合に第４図すに示す結果が得られた。

比較例として、５％ＨＦ（弗化水素酸）に半導体基板を
浸漬して自然酸化膜をエツチング除去した後に、高周波
プラズマエツチング処理を施すことなく　（なにもしな
いで）、Ａｌ−１％Ｓ１層（厚さ１１．０μｍ）７を全
面にスパッタリング法で形成し、パターニングし、同じ
４５０℃、３０分のアニール熱処理を施した。この場合
には、第５図に示すように、不純物導入領域４の単結晶
表面にアルミニウム合金配線中のシリコンがエピタキシ
ャル析出してシリコンエピタキシャル層８が生じる。Ｐ
壁領域での場合には、コンタクトホール面積の５０％以
上（１〜１／２）を生じたシリコンエピタキシャル層８
が占めることが全てのＰ壁領域でのコンタクトホールに
見られ（第４図ａのＨＦ処理のみ）、また、Ｎ型領域の
場合での場合には第４図すでのＨＦ処理のみでのように
コンタクトホール面積の５０％以上を生じたシリコンエ
ピタキシャル層８が占めることが全Ｎ型領域コンタクト
ホールの約６０％である。

第４図ａふよびｂから判るように、ＨＦ処理に高周波プ
ラズマエツチング処理（ＨＦ処理）を付加することによ
って（本発明によって）、Ｐ壁領域の場合でシリコンエ
ピタキシャル層がコンタクトホール面積の５０％以下（
１／２〜０）を占めるのが全Ｎ型領域コンタクトホール
の６０％となって、ＨＦ処理のみの場合よりもシリコン
エピタキシャル層発生が大幅に低減でき、またＮ型領域
の場合にもシリコンエピタキシャル層がコンタクトホー
ル面積の５０％以下（１／２〜０）を占めるのが全Ｎ型
領域コンタクトホールの６０％となって、ＨＦ処理のみ
の場合よりもシリコンエピタキシャル層発生がかなり低
減できる。

本発明にしたがって、半導体基板に不活性ガスの高周波
プラズマエツチング処理を施す条件には各種の要因があ
って、エビクキシャ用Ｓ１析出防止ないし低減の効果と
の関係を規定することば難しいが、不活性ガスの高周波
プラズマエツチング処理による熱酸化Ｓｉｇｈ膜のエツ
チング量に換算して関係を規定することが可能である。

上述した実施例および比較例での製造条件は一例であっ
て、絶縁層の材質をＳ］０２としたり、Ａｌ−３ｉ合金
でのシリコン含有量を変えたり、該合金を真空蒸着法で
形成も良く、様々なやり方を採用することが出来る。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、シリコン含有アルミ
ニウム合金配線層の形成前に、不活性ガスの高周波プラ
ズマエツチング処理を施すことによってエピタキシャル
Ｓｉ析出を防止ないし低減するので、コンタクト抵抗の
増大を防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シリコン含有アルミニウム合金配線層を形成
した半導体装置の部分断面図であり、第２図は、シリコ
ン半導体基板の上に絶縁層を形成した半導体装置の部分
断面図であり、第３図は、不活性ガスの高周波プラズマ
エツチング処理を施した半導体装置の部分断面図であり
、第４図ａおよびｂは、従来例と比較して、本発明によ
る不活性ガスの高周波プラズマエツチング処理の効果を
説明する析出したシリコンエピタキシャル層の発生状況
のグラフであり、 第５図は、従来通りに不活性ガスの高周波プラズマエツ
チング処理なしでシリコン含有アルミニウム合金配線層
を形成した半導体装置の部分断面図である。 １・・・シリコン基板、　　２・・・絶縁層、３・・・
コンタクトホール、 ５・・・不純物導入領域、　７・・・Ａｌ−５１層、訃
＝・シリコンエピタキシャル層。 Ｐ型領域 ９１４Ｚ日（譚 Ｎ型領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン半導体基板（１）の上に絶縁膜（２）を形
   成し、該絶縁膜にコンタクトホール（３）を形成し、該
   コンタクトホール内に表出した前記シリコン半導体基板
   （１）とコンタクトしたシリコン含有アルミニウム合金
   の配線層（７）を形成する工程を有する半導体装置の製
   造方法において、前記シリコン含有アルミニウム合金の
   配線層（７）を形成する前に、前記表出したシリコン半
   導体基板（１）の単結晶表面に格子欠陥を生じさせるよ
   うに不活性ガスの高周波プラズマエッチング処理を施す
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、前記不活性ガスの高周波プラズマエッチング処理は
   、熱酸化によるＳｉＯ＿２層で１〜２ｎｍ厚さをエッチ
   ングするのに相当する条件にて行われることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置の製造方法。