説明

半導体装置、およびコンタクトプラグの形成方法

【課題】半導体装置内の回路に用いる構造として、半導体回路の電極体と導通電極とのコンタクト抵抗を良好に維持する。
【解決手段】半導体装置内の回路に用いる構造として、半導体回路の電極体とするシリサイドと、そのシリサイドと電気的に接続され、ストッパ層を取り除いて該シリサイドの側面を露出させた空間に形成された導通電極とするコンタクトプラグとを設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、詳しくは導通電極を形成する空間を空けてその空間を用いて導通電極を半導体回路の電極体に接続した構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
昨今の半導体装置では、半導体基板上にシリサイドが設けられ、シリサイドの上面の層間絶縁膜に空けられたコンタクトホールを用いて、シリサイドと電気的に接続するコンタクトホールが形成されている。
【0003】
これらのことは、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された半導体装置では、シリサイドに接続するコンタクトを形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−97649号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
半導体装置の製造技術は日々進歩している。そのなかで、微細化技術の進歩に伴い、大規模な半導体装置が多数開発されている。
【0006】
半導体装置の微細化が進む過程で、導通電極と電極体(電極材料)との接続抵抗(電気抵抗)が高止まりしている。これは、微細化に伴う導通電極と電極体との接触面積の減少が一因となっている。
【0007】
そこで、本発明は、導通電極と電極体との接続抵抗を低減した半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一実施の形態にかかる半導体装置は、シリサイド部と、前記シリサイド部と電気的に接続され、ストッパ層を取り除いて該シリサイド部の側面を露出させた空間に形成されたコンタクトプラグとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、導通電極と電極体との接続抵抗を低減した半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の一形態の半導体装置の形状概念を示す断面図である。
【図2】コンタクトの形成方法例を説明する概念図である。(前工程)
【図3】コンタクトの形成方法例を説明する概念図である。(コンタクトホール作成工程1)
【図4】コンタクトの形成方法例を説明する概念図である。(コンタクトホール作成工程2)
【図5】コンタクトの形成方法例を説明する概念図である。(マスク除去工程)
【図6】コンタクトの形成方法例を説明する概念図である。(コンタクトプラグ形成工程)
【図7】半導体装置のコンタクトプラグを垂直に下ろしてシリサイド上面のみを接触させた形状概念を示す断面図である。
【図8】実施の一形態の半導体装置の別の形状概念を示す断面図である。
【図9】半導体装置としてDRAMを構成した際の導通電極の配置図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施の形態を図1乃至図9に基づいて説明する。
図1は、実施の一形態の半導体装置の形状概念を示す断面図である。図示するようにコンタクトプラグに係る構造として、半導体基板であるSi基板1と、シリサイド2と、ストッパ膜3と、層間絶縁膜4と、コンタクトプラグ5とが半導体装置内に形成されている。なお、図中では3本の円柱状のコンタクトプラグ5を用いて説明するが、各形状については、所望の半導体回路に合わせて形状を形成すればよく、円形のコンタクトプラグに限定するものではない。また、本発明と関係の薄い半導体装置の他の構造について説明を簡略化又は省略する。
【0012】
図示したように、電極体であるシリサイド2と導通電極であるコンタクトプラグ5との接続部では、シリサイド2の側面側にまで達するようにコンタクトプラグ5を形成する空間を取り、その上で図中でのシリサイド上面に加え、側面側にまで達するようにコンタクトプラグ5が形成されている。
この接続部は、概ねストッパ膜3の位置に設けられる。図示した一形態での接続部は、概ねボーイング形状としている。接続部をボーイング形状とせずとも、シリサイド2の側面側にまで達する形状であれば 他の形状としてもよい。
【0013】
このようにコンタクトプラグ5のシリサイド2への物理的接触面積を増やして接続することで、電気的接続において接続抵抗(コンタクト抵抗)を低減できる。
【0014】
以下実施例において製造方法を例示しつつ本発明を説明する。
図2から図6は、製造方法例を説明するための概念図である。
【0015】
図2では、Si基板上にシリサイド2、ストッパ膜3、層間絶縁膜4、およびマスク6が形成されている。マスク6には、コンタクトプラグ(図6参照)を形成する位置に合わせて開口部が設けられている。
図2のように所望の半導体構造(半導体回路)となるように形作られた状態からコンタクトプラグの形成工程を開始する。
【0016】
図3では、コンタクトプラグを形成するコンタクトホールを層間絶縁膜に開ける工程を行った後を示している。
図3に示すように、マスク6の開口部を用いて、ストッパ膜3まで層間絶縁膜4にコンタクトホールとなる空間を空ける。コンタクトホールを空ける方法は、ドライエッチングなどの方法を用いればよい。
【0017】
図4では、シリサイドの側面を露出させように空間をストッパ膜に空ける工程を行った後を示している。
図4に示すように、マスク6の開口部を用いて、層間絶縁膜4に空けられたコンタクトホールの穴径よりも大きくストッパ膜3部分に空間を開け、シリサイド2の上面と側面を露出させる。なお、本明細書中では、この空間を接続部と記載して説明する。接続部に当たる空間を空ける方法は、ドライエッチングなどの方法を用いればよい。
【0018】
ドライエッチング条件としては、ストッパ膜とシリサイドとが高選択比となる条件を用いればよい。この際、シリサイドの形状を図示する略ドーム状のように、エッチャントがシリサイドによる反射などによって、ストッパ膜に集中する形状とすることが望ましい。図示した略ドーム状のシリサイドの形状を採った場合、接続部がボーイング形状となるようにエッチングが進むこととなり、効率よくシリサイドの側面を露出させることが可能となる。なお、略ドーム状の表現について、他の表現を用いて説明すれば、上方(エッチャントの侵入経路)側に丸みを有する形状である。この形状については、エッチャントの種類や侵入経路、加える圧力、バイアスなどを考慮しつつ、所望するコンタクトプラグに合わせて定めればよい。
例えば、ストッパ膜3がシリコン窒化膜であれば、エッチャントとしてCF/CH/O/Arなどのガスを用いることにより高選択比を実現できる。
また、必要に合わせて、ストッパ膜以外の要素(STIなど)についてもエッチングすることとしてもよい。また、シリサイドの表面を全面あるいは特定部分について租面としてもよい。
【0019】
図5では、マスクを除去する工程を行った後を示している。図5に示すように、接続部を形成後、マスク6を除去する。
【0020】
図6では、空けた空間(コンタクトホール)にコンタクトプラグを形成する工程を行った後を示している。
図6に示すように、開口部から、コンタクトプラグ5を ストッパ膜3と層間絶縁膜4とに空けられた空間に 形成する。このとき、形成したコンタクトプラグ5は、接続部においてシリサイド2と電気的に接続した状態となる。また、この際、コンタクトプラグ5は、シリサイド2の側面を含むように接触することと成るので、コンタクトプラグから垂直に下ろしたのみのコンタクトプラグ(図7参照)に対して、シリサイドとの接触面積を大きく取れる。
すなわち、例示した半導体装置は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトプラグを形成する穴径よりも大きい穴径を有するストッパ膜に空けられた空間を用いて、シリサイドの側面を含むようにコンタクトプラグを電気的に接続した構成を有する。そのため、シリサイドとコンタクトプラグとの接続抵抗が良好な値に成る。
【0021】
上記のことは、導通電極と電極体(電極材料)とを接続する際に、層間絶縁膜とする第1の層と その第1の層の下方に配置されて第1の層とは異なるエッチング特性を有する第2の層とを、所望の形状に合わせて電極体の側面を露出させるように取り除く。その際に、導通電極の特性や形状、第1の層および第2の層の特性や厚さ、加えて、エッチング条件を調整する。また、このエッチング時に時々刻々とエッチング条件を変化させることを行い、電極体の側面を所望に露出させ得るようにしてもよい。また、電極体や第2層などの特性および形状を、エッチング条件に合わせて段階的に変化を与え、電極体の側面を所望に露出させ得るようにしてもよい。また、その両方を組み合わせて用いてもよい。
【0022】
また、導通電極と電極体との接続部については、例えば図8に示すように逆テーパ形状としてもよい。また、ボーイング形状と逆テーパ形状を組み合わせた形状としてもよい。
【0023】
以上説明したように、本発明を適用した半導体装置は、コンタクトとシリサイドとの接続抵抗を電極体の上面側のみを用いて接続するコンタクトプラグの形成方法を用いたときよりも低減できる。
【0024】
また、本発明は、所望の導通電極形状に合わせて接続部の形状を調整することによって、様々な半導体装置に使用できる。例えば、上記方法で形成したコンタクトを使用してDRAMを構成すれば、DRAMとしての歩留まりの向上などが期待できる。
【0025】
また、本発明を用いることで、実施形態に示したように、コンタクトプラグとシリサイドとの接触面積を広げつつ、コンタクト上部においてコンタクト径を広げずに済む構造を得られる。換言すれば、コンタクト上部の径を広げずにコンタクト底部(接続部)の径を広げてコンタクト抵抗を低減することができる。この構造によって、例えばコンタクト間のショート予防などの効果を得られる。また、半導体回路としての電極体および導通電極の配置自由度を広げることができる。
【0026】
なお、本発明の具体的な構成は前述の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があってもこの発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
本発明は、導通電極を内在する半導体装置に使用できる。また、微細化加工が顕著に行われるDRAMなどに好適である。
【符号の説明】
【0028】
1 Si基板(半導体基板)
2 シリサイド(電極体)
3 ストッパ膜(ストッパ層:第2の層)
4 層間絶縁膜(層間絶縁層:第1の層)
5 コンタクトプラグ(導通電極)
6 マスク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリサイド部と、
前記シリサイド部と電気的に接続され、ストッパ層を取り除いて該シリサイド部の側面を露出させた空間に形成されたコンタクトプラグと
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記シリサイド部は、側面を露出させた空間を作成する際に 前記ストッパ層をエッチングするエッチャントを流入する条件に対応させた形状である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記シリサイド部は、略ドーム状の形状を採ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項4】
前記シリサイド部は、側面を露出させた空間をボーイング形状に形成する際に 該空間を作り上げるエッチャントを流入させる条件に対応させた略ドーム形状である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項5】
前記ストッパ層がシリコン窒化膜であり、前記シリサイド部の周囲に加えるエッチングとしてドライエッチングを用いる場合に、そのドライエッチングに、エッチャントとしてCF/CH/O/Arを用いる
ことを特徴とする請求項1ないし4の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記シリサイド部の周囲に作成された空間は、層間絶縁層に設けられたコンタクトプラグを形成する穴径よりも大きい穴径を有するようにエッチングされて、該シリサイド部の層間絶縁層側を上方とした際の側方を露出させるように生成されることを特徴とする請求項1ないし4の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項7】
電極体と、
層間絶縁膜となる第1の層と、
前記第1の層と前記電極体との間に設けられ、前記第1の層とは異なるエッチング特性を有する第2の層と、
前記電極体と電気的に接触すると共に、前記第2の層において前記電極体の側面を露出させた状態で前記第1の層を貫通するように設けられた導通電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項8】
DRAMとして動作すると共に、前記シリサイド部の側面と接触した前記コンタクトプラグをDRAMとしての動作に使用することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項9】
コンタクトプラグを形成する穴を層間絶縁膜に開ける工程と、
前記工程で層間絶縁膜に空けられたコンタクトホールの穴径よりも大きく且つ形成するコンタクトプラグを接続するシリサイド部の側面を露出させるようにストッパ層に空間を空ける工程と、
前記両工程で空けられた空間にコンタクトプラグを形成する工程と、
を有することを特徴とするコンタクトプラグの形成方法。
【請求項10】
前記シリサイド部の生成および/又は前記ストッパ層の生成時に、その形状を変えることによって、前記ストッパ層に空間を空ける工程で所望の空間形状を得ることを特徴とする請求項9記載のコンタクトプラグの形成方法。
【請求項11】
前記シリサイド部の生成および/又は前記ストッパ層の生成時に、段階的にその特性を変えることによって、前記ストッパ層に空間を空ける工程で所望の空間形状を得ることを特徴とする請求項9又は10記載のコンタクトプラグの形成方法。
【請求項12】
前記ストッパ層に空間を空ける工程で、エッチング条件を時々刻々と変化させて前記シリサイド部の側面を露出させることを特徴とする請求項9ないし11の何れか1項に記載のコンタクトプラグの形成方法。
【請求項13】
前記ストッパ層に空間を空ける工程で、前記シリサイトの側面を露出させた空間として、層間絶縁層に設けられたコンタクトプラグを形成する穴径よりも大きい穴径を有するように前記ストッパ層をエッチングすることを特徴とする請求項9ないし12の何れか1項に記載のコンタクトプラグの形成方法。
【請求項14】
前記ストッパ層に空間を空ける工程で、前記シリサイトの側面を露出させた空間として、ボーイング形状 又は 逆テーパ形状に成るように前記ストッパ層をエッチングすることを特徴とする請求項9ないし12の何れか1項に記載のコンタクトプラグの形成方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2012−244048(P2012−244048A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−114717(P2011−114717)
【出願日】平成23年5月23日(2011.5.23)
【出願人】(500174247)エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Fターム(参考)】