JPH05114657A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】異なる導電層間の電気的接続をおこなうための
半導体装置の製造方法において、コンタクトホール開孔
部が微細化されても導電層間の電気的接続の信頼性が高
く、電流ストレスや熱ストレスなどに対して安定で、か
つ低抵抗のコンタクトを形成し、かつ製造工程としてで
きる限り簡単な工程でそれを実現する。 【構成】上下に積層された複数の異なる導電層間の電気
的接続をおこなうために、第１導電層3,4 上の絶縁膜5
の所望の部分に形成したコンタクトホール6 を非晶質シ
リコン7 で穴埋めした後、前記非晶質シリコンと導電層
を形成する金属8,3,4 を加熱処理により反応させる工程
からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、詳しくは上下に積層された複数の導電層を有する半
導体装置の異なる導電層間を電気的に接続する部分（以
下コンタクトと称す）を形成するための半導体装置の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置が高集積化、微細化が進むに
伴いコンタクトの微細化も進んでいるが、こうした中で
微細なコンタクトにおいても導電層間の電気的接続の信
頼性が高く、電流ストレスや熱ストレスなどに対して安
定で、かつ低抵抗のコンタクトを形成する技術が必須の
ものになってきている。これにともない従来技術におけ
る半導体装置の製造方法としては、特開昭６１−１６６
１４３や特開昭６１−９７８２５で述べられているよう
なコンタクトホール開孔部を化学気相成長法による高融
点金属で埋める方法や、特開昭６１−９７８２６で述べ
られているようにコンタクトホールを含む絶縁膜の全面
に金属膜を形成後エッチバックすることによりコンタク
ト開孔部を金属で埋める方法などによる製造方法が用い
られていた。

【０００３】ここで以上述べたような方法のような高融
点金属でコンタクトホールの開孔部を埋めることにより
導電層間の電気的導通をとる方法によると高融点金属と
導電層との接触部分が形成された構造となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、前述の従
来技術の半導体装置の製造方法では、高融点金属でコン
タクトホールの開孔部を埋めることにより導電層間の電
気的導通をとる方法によると高融点金属と導電層との接
触部分が形成されることにより、シリコンと高融点金
属、高融点金属とアルミニウム配線などの接触界面での
電気抵抗が直列に形成され半導体装置の能力低下の原因
となっていた。また金属膜を形成した後エッチバックに
よりコンタクトホールの開孔部を金属で埋める技術によ
ると工程が増える上に金属をエッチングする膜厚の制御
が難しいという問題を有していた。また半導体装置の微
細化にともなって導電層間の絶縁膜が平坦化されること
により、下層の導電層に高さの違いがあると絶縁膜の膜
厚が変化し、このためコンタクトホール開孔部の深さが
異なってくる。このため従来技術のホール開孔部の金属
穴埋め技術では穴埋めのための金属膜厚の制御が難しく
なることも問題となってきた。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決し
ようとするもので、その目的とするところは、上下に積
層された複数の導電層を有する半導体装置において異な
る導電層間の電気的接続をおこなうための半導体装置の
製造方法において、コンタクトホール開孔部が微細化さ
れても導電層間の電気的接続の信頼性が高く、電流スト
レスや熱ストレスなどに対して安定で、かつ低抵抗のコ
ンタクトを形成し、かつ製造工程としてできる限り簡単
な工程でそれを実現する半導体装置の製造方法を提供す
るところにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上下に積層された複数の導電層を有する半導
体装置の製造方法において、第１導電層上に絶縁膜を形
成する工程と、該第１導電層上の該絶縁膜の所望の箇所
にコンタクトホールを形成する工程と、該コンタクトホ
ールの開孔部分および前記絶縁膜上に非晶質シリコンを
形成する工程と、該非晶質シリコン上に第２導電層を形
成する工程と、該第２導電層形成後、熱処理する事によ
り前記非晶質シリコンと前記第１導電層もしくは前記第
２導電層とを反応させ第１導電層と第２導電層との電気
的接続をおこなう工程からなることを特徴とするとこる
にあり、前記の第１および第２導電層の少なくとも片方
はアルミニウムを主成分とする導電物質を導電材料とし
て用いて導電層を形成する工程を有することを特徴とす
る。また前記の非晶質シリコンの形成膜厚は該コンタク
トホールの開孔部の大きさの短径の２分の１以上の膜厚
で形成する工程を特徴とする点にある。

【０００７】

【実施例】図１（ａ）〜図１（ｅ）は本発明の半導体装
置の製造方法を実施例として製造工程を追って示した半
導体装置の断面図である。以下この図にしたがって本発
明を実施例として説明する。

【０００８】図１（ａ）に示すように半導体基板1 上に
第１導電層を形成する。本実施例の第１導電層の例とし
て、図１（ａ）ではシリコン単結晶基板に不純物を拡散
して導電性をもたせた不純物拡散層3 と素子分離絶縁膜
2上に形成したシリコンを主成分とする配線4 を用いた
場合を示す。この第１導電層上に配線との短絡を防ぐた
めの絶縁膜5 を形成する。この絶縁膜の例として科学的
気相成長法（ＣＶＤ法）によるＳｉＯ２が挙げられる。
さらに図１（ｂ）で示すように前記の第１導電層上の絶
縁膜の所望の部分に配線を引き出すための開孔部6 （以
下コンタクトホールと称す）を形成する。このコンタク
トホールの深さは、第１導電層の段差に対する平坦化に
よる絶縁膜の膜厚の違いにより異なっており、従来技術
によるコンタクトホール穴埋め技術では、このコンタク
トホール上に均一性よく配線を形成することが難しかっ
た。このコンタクトホールを有する絶縁膜上に非晶質シ
リコン7 （アモルファスシリコン）を形成する。アモル
ファスシリコンを形成する条件として、約５５０℃の温
度で減圧した状態での科学的気相成長法（以下減圧ＣＶ
Ｄと称す）をもちいて一定膜厚に形成する。非晶質シリ
コン7 を形成する膜厚の一例として、例えば前記のコン
タクトホール6 の開孔部の大きさとして５００ｎｍの正
方形であったとすると、非晶質シリコンはコンタクトホ
ールの底および側壁から等方的に成長するため２５０ｎ
ｍの膜厚の非晶質シリコンを形成することによりコンタ
クトホール開孔部の穴埋めができることがわかる。従っ
て本実施例では、図１（ｃ）で示すように開孔部の寸法
のばらつきも加味して、３００ｎｍの膜厚のアモルファ
スシリコンを形成することにより、コンタクトホール開
孔部の穴埋めを行うものとする。次に非晶質シリコンを
形成した半導体基板上の全面に第２導電層として金属膜
8 を形成する。本実施例でとしては、アルミニウムを主
成分とする金属膜を５００ｎｍ形成する。絶縁膜上の前
記非晶質シリコン7 と金属8 の二層膜を、図１（ｄ）に
示すようにフォトリソグラフィー技術およびエッチング
技術により所望の部分のみ残すことにより配線として形
成する。不純物を含まない非晶質シリコンは、導電性が
ほとんどないため第１導電層との電気的接触は取れてい
ない。この工程の後、半導体基板全面を加熱処理するこ
とにより非晶質シリコンと導電層を反応させ非晶質シリ
コンの部分を導電物質9 に変える。本実施例では、第２
導電層としてアルミニウムを用いたので４００℃程度の
熱を加えることにより非晶質シリコンとアルミニウムが
反応し、図１（ｅ）で示すようにコンタクトホール開孔
部および絶縁膜上にアルミニウムが主成分でシリコンを
含む配線9 （第２導電層）が形成される。この加熱処理
による反応においては、コンタクトホールの開孔部中に
埋め込まれた非晶質シリコンが反応するので従来技術で
は均一な配線を形成することが困難であった微細なコン
タクトホールでも第１導電層との電気的接続を均一な配
線で引き出すことが可能となった。

【０００９】ここで上記の実施例として第１の導電層の
例として半導体基板中へ不純物拡散層を形成した導電層
3 やシリコンを主成分とする配線4 を例にとって説明し
たが、第１の導電層としてこれ以外に高融点金属やアル
ミニウムなどであってもかまわない。

【００１０】また上記の実施例で形成されたアルミニウ
ムを主成分としシリコンを含む配線は従来技術で取り上
げた高融点金属による穴埋め技術に比べ異なる導電層間
の接続を低抵抗でおこなうことができる。このような長
所の反面アルミニウムの融点は低いため、第２導電層形
成後、高い温度で半導体装置を加熱することが出来ない
という問題もある。この問題を解決するための本発明の
実施例として、導電層を形成する金属8 の他の例とし
て、チタン、コバルト、プラチナなどの高融点金属が挙
げられる。一例としてチタンは、８００℃程度の加熱処
理で非晶質シリコンと反応し、シリコン金属化合物（シ
リサイド）を形成する。コンタクトホールの開孔部中に
おいても前記のアルミニウムを用いたとき同様に均一性
よく配線接続を行うことができる。そしてこの方法によ
れば形成される導電層がシリサイドであるため、これら
の配線形成後１０００℃程度の高温処理に対しても安定
である。

【００１１】ところで前記の実施例で述べた非晶質シリ
コン7 の形成膜厚は、コンタクトホール開孔部をすべて
埋めることを目的とするため、コンタクトホール開孔部
の短経の２分の１以上の膜厚であることを要求する。例
えば横２ミクロン縦０．５ミクロンの長方形のコンタク
トホールでは短経が０．５ミクロンであるため、非晶質
シリコンの膜厚は０．２５ミクロンすなわち２５０ｎｍ
以上であることが必要である。これ以下の膜厚では、コ
ンタクトホール開孔部の中央に隙間ができ、第２導電層
のつきまわりが悪く、コンタクトホール部分での配線の
均一性が悪くなる。

【００１２】以上述べてきた本発明の半導体装置の製造
方法により、上下に異なる導電層間を微細なコンタクト
ホールで接続する場合において第２導電層の配線物質と
同一の物質であるため、コンタクトホールの開孔部での
第２導電層と穴埋め物質との間で接触抵抗が発生するこ
とはない。また導電層の金属として第１導電層か第２導
電層の少なくともどちらか片方にアルミニウム金属を用
いることにより、低抵抗の配線接続をおこなえる。さら
に本発明の半導体装置の製造方法においてコンタクトホ
ールは非晶質シリコンにより等方的に穴埋めするため、
第１導電層上に形成した絶縁膜の膜厚がコンタクトホー
ル毎に異なってもどのコンタクトホールも同様に穴埋め
でき、この非晶質シリコンと金属が反応するため絶縁膜
の膜厚が異なる微細コンタクトホールにおいても均一で
信頼性の高い配線接続がおこなえる半導体装置の製造方
法を提供される。

【００１３】また以上述べた本発明の製造方法は、従来
技術であげた半導体装置の製造方法に比べ製造工程が簡
単で制御し易いものであることも本発明の特筆すべき点
である。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体装置
の製造方法によれば、上下に積層された複数の異なる導
電層間の電気的接続をおこなうために、コンタクトホー
ルを非晶質シリコンで穴埋めした後、非晶質シリコンと
導電層を形成する金属を加熱処理により反応させるた
め、コンタクトホール開孔部が微細化されてもコンタク
トホール開孔部での配線膜厚が薄くなることもなく、ま
た穴埋めした高融点金属と導電層の接触抵抗も発生しな
い。この結果導電層間の電気的接続の信頼性が高く、電
流ストレスや熱ストレスなどに対して安定で、かつ低抵
抗のコンタクトを形成し、かつ製造工程としてできる限
り簡単な工程でそれを実現する事ができるとゆう効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法を実施例として
工程をおって示した半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 素子分離絶縁膜 ３ 不純物拡散により形成した第１の導電層 ４ シリコンを主成分とする配線として形成した第１の
導電層 ５ 絶縁膜 ６ コンタクトホール ７ 非晶質シリコン膜 ８ 第２導電層の配線金属 ９ 配線金属とシリコンの化合物からなる第２導電層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下に積層された複数の導電層を有する
   半導体装置の製造方法において、 （ａ）第１導電層上に絶縁膜を形成する工程と、 （ｂ）該第１導電層上の該絶縁膜の所望の箇所にコンタ
   クトホールを形成する工程と、 （ｃ）該コンタクトホールの開孔部分および前記絶縁膜
   上に非晶質シリコンを形成する工程と、 （ｄ）該非晶質シリコン上に第２導電層を形成する工程
   と、 （ｅ）該第２導電層形成後、熱処理する事により前記非
   晶質シリコンと前記第１導電層もしくは前記第２導電層
   とを反応させ第１導電層と第２導電層との電気的接続を
   おこなう工程からなることを特徴とする半導体装置の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載の第１および第２導電
   層の少なくとも片方はアルミニウムを主成分とする導電
   物質を導電材料として用いて導電層を形成する工程を有
   す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。
3. 【請求項３】 前記請求項１記載の非晶質シリコンの形
   成膜厚は該コンタクトホールの開孔部の大きさの短径の
   ２分の１以上の膜厚で形成する工程を特徴とする請求項
   １記載の半導体装置の製造方法。