(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコン上に絶縁膜を形成した後、該絶縁膜を貫通して前記ポリシリコン表面に達するコンタクトホールを形成し、該コンタクトホール直下のポリシリコン層をエッチングする方法であって、
前記コンタクトホールを形成した後、後で用いるポリシリコンのエッチング剤を吸収する特性およびコンタクトホール表面に対する界面活性効果を持つ液体からなる液体層を前記コンタクトホール内に形成する工程と、前記液体層上に前記エッチング剤からなる層を形成する工程、を有することを特徴とするコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法において、
前記液体としてイソプロピルアルコールを用い、前記エッチング剤として水酸化カリウム水溶液を用いることを特徴とするコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、下層ポリシリコンと上層配線層を接続するためのコンタクトホールの微小化に際して好適なコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置のデザインルールが微細化する中で、層間絶縁膜を介して下層のポリシリコン層と上層のＡｌ−Ｓｉ、ＴｉＷ等からなる配線層を接続するためのコンタクトホールの開口径も微小化してきている。従来一般のコンタクトホールの形状は、層間絶縁膜を下層ポリシリコン層表面が露出するまで開口した形状であった。ところが、コンタクトホール開口径の微小化に伴って、層間絶縁膜に加えて下層ポリシリコン層までをもエッチング、開口し、ポリシリコン開口部の内面全体と上層配線層が接触するようにしたコンタクトホール形状が採用されるようになった。このコンタクトホールでは、従来一般のコンタクトホールに比べて、ポリシリコン層と配線層の接触面積が増えるため、開口径の微小化に伴うコンタクト抵抗の増加を防止することができる。
【０００３】
ところで、特開平４−２０７０３７号公報には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水（Ｈ2Ｏ ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の混合液を用いて、異なる不純物導入領域を持つポリシリコンを選択的にエッチング除去し、ポリシリコンの開口部を形成する、という半導体装置の製造方法が開示されている。このように水酸化カリウム系溶液を用いてポリシリコンをエッチングすることは周知の技術である。ただし、この方法は、メサ型に形成した半導体層の側壁のポリシリコンの一部をエッチングする技術であって、コンタクトホール直下のポリシリコンを選択的にエッチングするものではない。
【０００４】
以下、コンタクトホール直下のポリシリコン層を選択的にエッチングする際の従来の技術を図２を用いて説明する。まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１、例えばシリコン基板上に、膜厚１０〜３００ｎｍ程度の二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる酸化膜２を熱酸化法またはＣＶＤ法により形成する。そして、この酸化膜２上に、膜厚１００〜３００ｎｍ程度のポリシリコン層３をＣＶＤ法により形成する。さらに、このポリシリコン層３上に、膜厚４００〜１０００ｎｍ程度の例えばＢＰＳＧ、ＴＥＯＳ等からなる絶縁膜４をＣＶＤ法により形成する。
【０００５】
次に、絶縁膜４上にレジストパターン（図示せず）を形成し、それをマスクとしてウェットエッチングまたはドライエッチングを行うことによりコンタクトホール５を形成し、ポリシリコン層３の表面を露出させる。コンタクトホール５の寸法は、深さが４００〜１０００ｎｍ、内径が０．１〜５．０μｍ程度である。
【０００６】
その後、図２（ｂ）に示すように、水酸化カリウム溶液（５〜５０wt％、水溶液）、もしくは水酸化カリウムとイソプロピルアルコールの混合液（５〜５０wt％、水溶液）からなる液温６０〜８０℃のエッチング剤６中に基板全体を２０秒〜５分間浸し、コンタクトホール５直下のポリシリコン層３をエッチング、除去する。なお、水酸化カリウム溶液や水酸化カリウムとイソプロピルアルコールの混合液では、ポリシリコン層３がエッチングされて下地の二酸化シリコン膜２が露出しても、この酸化膜２はエッチングされない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のポリシリコンのエッチング方法においては、コンタクトホールの開口径が１．０μｍ（深さ約４００〜１０００ｎｍ）以下になると、水酸化カリウム溶液や水酸化カリウムとイソプロピルアルコールの混合液等のエッチング剤を用いてコンタクトホール直下のポリシリコンをエッチング、除去することができなくなる。その理由は、エッチング剤中の水酸化カリウムがポリシリコンと反応してポリシリコンを溶かす際に、図２（ｃ）に示すように、溶液中から気泡７が発生してコンタクトホール５内に滞留するからである。コンタクトホールの開口径が１．０μｍ（深さ約４００〜１０００ｎｍ）を超えれば、発生した気泡はコンタクトホール上方に浮上し、コンタクトホール内に滞留することはないが、コンタクトホールの内径が１．０μｍ以下になると、気泡発生と同時に表面張力が作用してコンタクトホール内部に滞留したままの状態となる。
【０００８】
そして、気泡が発生すると、この気泡が邪魔をしてエッチング剤がコンタクトホール直下のポリシリコン表面に作用しないために、図２（ｄ）に示すように、コンタクトホール５直下のポリシリコン層３を充分にエッチングすることができず、所望のコンタクト抵抗を得ることができない、という問題があった。また、発生した気泡が浮上しやすいように、コンタクトホールの開口径が上方に向けて拡径するようにテーパ形状とすることも考えられるが、コンタクトホールの開口径が１．０μｍ以下になると、コンタクトホールをテーパ形状とすること自体が技術的に不可能となる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、エッチング剤とポリシリコンとの反応により気泡が発生しても、コンタクトホール直下のポリシリコンを確実にエッチングする方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法は、コンタクトホールを形成した後、後で用いるポリシリコンのエッチング剤を吸収する特性およびコンタクトホール表面に対する界面活性効果を持つ液体からなる液体層をコンタクトホール内に形成する工程と、前記液体層上に前記エッチング剤からなる層を形成する工程、を有することを特徴とするものである。具体的には、前記液体としてイソプロピルアルコールを用い、前記エッチング剤として水酸化カリウム水溶液を用いることができる。
【００１１】
本発明は、ポリシリコンエッチング時に、コンタクトホール内の下側に前記特性を持つ液体層、上側にエッチング剤層を形成することで両層が互いに混合しようとする流動を生じさせ、この流動と液体層の界面活性効果を利用してコンタクトホール内の気泡の滞留を防止する、というものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。
図１は本実施の形態のコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法の手順を示すプロセスフロー図である。
【００１３】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１、例えばシリコン基板上に、膜厚１０〜３００ｎｍ程度の二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる酸化膜２を熱酸化法またはＣＶＤ法により形成する。そして、この酸化膜２上に、膜厚１００〜３００ｎｍ程度のリンドープポリシリコン層３をＣＶＤ法により形成する。さらに、このポリシリコン層３上に、膜厚４００〜１０００ｎｍ程度の例えばＢＰＳＧ、ＴＥＯＳ等からなる層間絶縁膜４をＣＶＤ法により形成する。
【００１４】
次に、層間絶縁膜４上にレジストパターン（図示せず）を形成し、それをマスクとしてウェットエッチングまたはドライエッチングを行うことにより、開口径０．７μｍのコンタクトホール５を形成し、ポリシリコン層３の表面を露出させる。
【００１５】
その後、水酸化カリウムを含まない液温１５〜３０℃のイソプロピルアルコールのみの溶液中に基板全体を１〜５分間浸し、図１（ｂ）に示すように、コンタクトホール５内を含む層間絶縁膜４上にイソプロピルアルコール層８を形成する。なお、イソプロピルアルコール溶液では、ポリシリコン層３、層間絶縁膜４ともにエッチングされない。
【００１６】
ついで、液温６０〜８０℃の水酸化カリウム溶液（５〜５０wt％、水溶液）からなるエッチング剤中に基板全体を２０秒〜５分間浸し、図１（ｃ）に示すように、前工程で形成したイソプロピルアルコール層８の上に水酸化カリウム溶液層９を形成する。ところで、イソプロピルアルコールは、種々の水溶液に対して脱水作用があり、水酸化カリウム溶液を吸収するように作用する。また、水酸化カリウムはイソプロピルアルコールによく溶けるという性質を持っている。したがって、イソプロピルアルコール層８は上方の水酸化カリウム溶液層９の方向に流れ、水酸化カリウム溶液層９は下方のイソプロピルアルコール層８の方向に流れるため、コンタクトホール５内では両層８、９が互いに混合しようとする上下流（図中矢印で示す）が生じる。なお、この上下流は、両層の温度差が大きければ大きい程、強くなる。
【００１７】
この状態で水酸化カリウム溶液がポリシリコンと接触して反応し、気泡が生じるが、上述したように、コンタクトホール５内に流動が生じているため、気泡がコンタクトホール５内に滞留することはない。さらに、流動が生じて両層８、９が混合した後でもコンタクトホール５の内面にはイソプロピルアルコール層８が若干付着しているので、イソプロピルアルコールの界面活性効果によって気泡が付着することは全くない。その結果、本実施の形態の方法によれば、図１（ｄ）に示すように、コンタクトホール５直下のポリシリコン層３を確実にエッチングすることができるので、後で形成する上部配線層との間のコンタクト抵抗を充分に低減することが可能になる。
【００１８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば本実施の形態では、コンタクトホール形成後、イソプロピルアルコール層を形成したが、ここで用いる液体層としてはイソプロピルアルコールに限らず、エッチング剤を吸収するように作用する特性、およびコンタクトホール表面に対する界面活性効果を持つ液体であれば、他の液体を使用してもよい。また、本実施の形態で用いた各膜の膜厚、コンタクトホールの開口径等、具体的な数値に関しては適宜変更が可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のポリシリコンエッチング方法によれば、コンタクトホール内の下側に液体層、上側にエッチング剤層を形成することで両層が互いに混合しようとする上下流が生じ、この上下流と液体層の界面活性効果を利用してコンタクトホール内の気泡の滞留を防止することができる。その結果、コンタクトホール直下のポリシリコンを確実にエッチングすることができるため、後で形成する上部配線層との間のコンタクト抵抗を充分に低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態であるコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法の手順を示すプロセスフロー図である。
【図２】  従来のコンタクトホール直下のポリシリコンエッチング方法の手順を示すプロセスフロー図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  酸化膜
３  ポリシリコン層
４  層間絶縁膜
５  コンタクトホール
６  エッチング剤
７  気泡
８  イソプロピルアルコール層
９  水酸化カリウム溶液層
【図１】
0003657361.tif 000002
【図２】
0003657361.tif 000003