(57)【要約】【課題】  半導体素子のコンタクト電極を、コンタクト抵抗の低い状態に容易に形成することが困難であった。【解決手段】半導体基板１０の表面上に非ド−プシリコンガラスから成る第１の絶縁膜を形成し、更に前記第１の絶縁膜の上にボロン・リン・シリケ−ト・ガラスから成る第２の絶縁膜１２を形成する。第２の絶縁膜１２と第１の絶縁膜１１の一部を除去して第１の孔１４を形成する。第２の絶縁膜１２を加熱して第１の孔１４を漏斗状孔１４aに変形する。第１の絶縁膜１１をエッチングして漏斗状孔１４aに連続する第２の孔１５を形成し、半導体基板１０の表面を露出させる。漏斗状孔１４aと第２の孔１５とから成るコンタクト開口１６にステップカバレージの良い電極１７を形成する。【選択図】  図３  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の主面上に非ド−プシリコンガラスから成る第１の絶縁膜を形成し、更に前記第１の絶縁膜の上にボロン・リン・シリケ−ト・ガラスから成る第２の絶縁膜を形成する工程と、
選択的エッチングによって前記第２の絶縁膜の一方の主面から他方の主面に至る部分と前記第１の絶縁膜の一部とを除去して第１の孔を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜に熱処理を施して前記第２の絶縁膜の少なくとも前記第１の孔を囲む部分をリフローさせ、前記第１の孔の入口が底部よりも広くなるようなテーパー状壁面を形成する工程と、
前記第１の孔の底面に露出している前記第１の絶縁膜に前記半導体基板が露出するようにエッチングを施して前記第１の孔に連続する第２の孔を形成する工程と、
前記第１及び第２の孔から成るコンタクト開口に導電性材料を埋め込んでコンタクト電極を形成する工程と、
を有していることを特徴とする半導体素子のコンタクト電極の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、IC、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子のコンタクト電極の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の設計ルールの縮小化に伴いコンタクト開口（コンタクトホール）は小さくなる傾向にあるが、一方で、パワー半導体素子等においては、コンタクト開口を形成する絶縁膜（層間絶縁膜）は高い耐圧を確保するために比較的厚く形成されている。このため、コンタクト開口の大きさを小さくし微細化することにより、コンタクト開口のアスペクト比（コンタクト開口の深さ/コンタクト開口幅）は大きくなり、コンタクト開口内にアルミニウム等の金属を良好に埋め込むことが困難となっている。コンタクト開口に金属を良好に埋め込むことができないと、コンタクト抵抗を増加させることとなる。この問題点を解決する技術として、いわゆるコンタクト・リフロー・プロセスが知られている。
【０００３】
従来のコンタクト・リフロー・プロセスを用いた電極の形成方法では、まず、図１（A）に示すようにシリコン半導体基板１の一方の主面に絶縁膜２を形成し、この絶縁膜２に周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術等を用いて図１（B）に示すようにコンタクト開口３を形成する。この時、異方性エッチングを行うことにより、コンタクト開口３を内壁が半導体基板１一方の主面に対して垂直に切り立った形状とすることができる。次に、コンタクト開口３を形成した絶縁膜２に熱処理を施す。ＢＰＳＧ（ボロン・リン・シリケート・ガラス）やＰＳＧ（リン・シリケート・ガラス）等からなる絶縁膜２は熱処理によって流動性を呈して変形し、図１（Ｃ）に示すようにコンタクト開口３の上端部分がテーパ状部分（傾斜部分）になり、漏斗状又はすり鉢状の開口３aが生じる。
【特許文献１】特開昭63-179551
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１（Ｃ）のように、テーパーを有するコンタクト開口３aを形成すると、比較的アスペクト比の大きいコンタクト開口にもアルミニウム等の金属を良好に埋め込むことができ、電極のステップカバレージが改善される。
しかし、図１（Ｂ）のコンタクト開口３を形成した後に絶縁膜２に熱処理を施すと、いわゆる外方拡散が発生してコンタクト抵抗を増大するという問題が生じる。即ち、テーパーを有する開口３aを形成するための熱処理によって絶縁膜２中に含まれるリンやボロンが外方に拡散し、コンタクト開口３を通じてその底面に露出した半導体基板１表面に導入され、電極の半導体基板１に対する抵抗性接触を妨げる。特に、ボロンはこの外方拡散が起こりやすい。
【０００５】
これを防止する方法として、図１（Ｂ）に示すようにコンタクト開口３を形成した後にコンタクト開口３の底面に露出した半導体基板１の表面に熱酸化等によってシリコン酸化膜を形成し、その後絶縁膜２に熱処理を施してテーパー状壁面の開口を形成することが考えられる。しかし、この方法では、シリコン酸化膜を形成する工程で、わずかに外方拡散が生じるため、完全に不純物の導入を防止することはできないという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、テーパー状壁面を有するコンタクト開口を形成して電極のステップカバレージを良好にすることができると共に、絶縁膜中に含まれる不純物の外方拡散によるコンタクト抵抗の増大を防止できる半導体素子のコンタクト電極の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、  半導体基板の一方の主面上に非ド−プシリコンガラスから成る第１の絶縁膜を形成し、更に前記第１の絶縁膜の上にボロン・リン・シリケ−ト・ガラスから成る第２の絶縁膜を形成する工程と、選択的エッチングによって前記第２の絶縁膜の一方の主面から他方の主面に至る部分と前記第１の絶縁膜の一部とを除去して第１の孔を形成する工程と、前記第２の絶縁膜に熱処理を施して前記第２の絶縁膜の少なくとも前記第１の孔を囲む部分をリフローさせ、前記第１の孔の入口が底部よりも広くなるようなテーパー状壁面を形成する工程と、前記第１の孔の底面に露出している前記第１の絶縁膜に前記半導体基板が露出するようにエッチングを施して前記第１の孔に連続する第２の孔を形成する工程と、前記第１及び第２の孔から成るコンタクト開口に導電性材料を埋め込んでコンタクト電極を形成する工程とを有していることを特徴とする半導体素子のコンタクト電極の形成方法に係わるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、次の効果を得ることができる。
（１）異なる材料から成る第１と第２の絶縁膜を形成し、コンタクト開口を１回のエッチング工程で形成せずに複数のエッチング工程で形成し、最初のエッチング工程では第２の絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを除去して第１の孔を形成し、次に、第２の絶縁膜のリフローによって漏斗状即ちテーパー状壁面を有する第１の孔を形成し、その後のエッチングによって残っている第１の絶縁膜を除去して半導体基板を露出させているので、第２の絶縁膜の第１の孔をテーパー状壁面を有するように変形するための熱処理によって第２の絶縁膜中の不純物が外方に放出されても、第１の絶縁膜が残存しているので、半導体基板に対する不純物の侵入を防止することができ、コンタクト電極と半導体基板との間に抵抗即ちコンタクト抵抗の増大を抑えることができる。
（２）第１の絶縁膜１１の一部も第２の絶縁膜１２と共にエッチング除去される。従って、エッチングのバラツキがあったとしても第２の絶縁膜１２が完全に除去することができる。もし、第１の孔１４の底面に第２の絶縁膜が残存すると、テーパー状部分を形成する熱処理において第２の絶縁膜が第１の孔を埋めるように変形するおそれがある。従って、第１の孔の底面に第２の絶縁膜を残存させず且つ第１の絶縁膜の表面側の一部もエッチング除去することが望ましい
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本願発明の一実施形態に係わる半導体素子のコンタクト電極の形成方法を図２及び図３を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、図２（A）に示すように、シリコン単結晶基板から成る半導体基板１０を用意する。半導体基板１０には、図示は省略されているが、周知の拡散技術やエピタキシャル成長技術によって複数の半導体領域が形成されている。
【００１１】
次に、図２（Ｂ）に示すように、この半導体基板１０の一方の主面に周知のＣＶＤ（気相成長方法）によってＮＳＧ（非ドープシリコンガラス）からなる第１の絶縁膜１１を形成する。続いて、この第１の絶縁膜１１の上面に同様のＣＶＤによってＢＰＳＧ（ボロン・リン・シリケート・ガラス）からなる第２の絶縁膜１２を形成する。第１の絶縁膜１１と第２の絶縁膜１２の厚みは、それぞれ０．２〜０．７μｍ、０．５〜１．５μｍである。また、第２の絶縁膜１２の融点は第１の絶縁膜１１の融点よりも低い。また、第１及び第２の絶縁膜１１、１２には層間絶縁膜であって、これ等の間には図示されていない導体層が選択的に配置されている。
【００１２】
次に、第２の絶縁膜１２の上面に形成すべきコンタクト開口に対する領域に孔１３aを有するレジスト膜１３を形成し、このレジスト膜１３をマスクとしてエッチングを施すことによって、図３（A）に示すように孔１３aに対応する部分の第２の絶縁膜１２を選択的にエッチング除去し、第１の孔１４を形成する。本実施形態では、第２の絶縁膜１２のエッチングレートが第１の絶縁膜１１のエッチングレートに比較して十分に大きくなる反応ガスを使用してドライエッチングを行っている。即ち、反応ガスとしてカ−ボン、フッ素を含むガス（例えばＣＨＦ3、ＣＦ4を混合したガス）を使用した周知の異方性エッチングによって第１の孔１４を形成している。この結果、図３（A）に示すように、レジスト膜１３の孔１３aに対応する部分の第２の絶縁膜１２は実質的に全てエッチング除去され、第２の絶縁膜１２の下側にある第１の絶縁膜１１は残存するように第１の孔１４を容易に形成することができる。なお、本実施形態では第１の絶縁膜１１の表面のごく一部も第２の絶縁膜１２と共にエッチング除去されるようにエッチング時間等が調整されている。従って、エッチングのバラツキがあったとしても第２の絶縁膜１２が完全に除去され、第１の孔１４の底面にはシリコン半導体基板１０の表面を被覆する第１の絶縁膜１１の表面が露出しており、シリコン半導体基板１０の表面は第１の孔１４に露出していない。もし、第１の孔１４の底面に第２の絶縁膜１２が残存すると、テーパー状部分を形成する熱処理において第２の絶縁膜１２が第１の孔１４を埋めるように変形するおそれがある。従って、第１の孔１４の底面に第２の絶縁膜１２を残存させず且つ第１の絶縁膜１１の表面側の一部もエッチング除去するようにエッチング時間等を調整することが望ましい。
本実施形態では異方性エッチングを施しているため、第１の孔１４の内壁は半導体基板１０の一方の主面に対して垂直に切り立った形状となっている。この第１の孔１４は、後述の第２の孔と連続することによって、コンタクト開口を形成する。
【００１３】
次に、図３（A）のレジスト膜１３を剥離した後、第２の絶縁膜１２に約９００〜１０００℃の熱処理を施す。これによって、ＢＰＳＧからなる第２の絶縁膜１２は流動性を呈し、図３（Ｂ）に示すように第１の孔１４の上端部分がテーパー状壁面（傾斜壁面）を有するように変形し漏斗状の第１の孔１４aが生じる。即ち、孔の底面から入口に向って徐々に開口幅が大きくなる末広がりの断面形状の孔１４aが得られる。なお、ＮＳＧからなる第１の絶縁膜１１は熱処理が施されても流動性を呈することはない。この熱処理を施す時に、第２の絶縁膜１２中に含まれるリンやボロンが外方拡散するが、半導体基板１０の第１の孔１４ａに対応する部分は第１の絶縁膜１１で被覆されているので、不純物が第１の孔１４aを通じてシリコン半導体基板１０の表面に導入されることがない。
【００１４】
第１の絶縁膜１１にドライエッチングを施し、第１の孔１４aに連続する第２の孔１５を形成する。本実施形態では、この第２の孔１５が反応ガスとしてカ−ボン、フッ素を含むガス（例えばＣＨＦ3、ＣＦ4を混合したガス）を使用した周知の異方性エッチングによって形成されている。このエッチングによれば図３（Ｃ）に示すように、その内壁が半導体基板１０の一方の主面に対して垂直に切り立った形状の第２の孔１５が得られる。第２の孔１５の幅は、第１の孔１４aの底面側の開口幅に実質的に一致する。この結果、第１の孔１４aとこれに連続する第２の孔１５とから構成されるコンタクト開口１６は、第１の絶縁膜１１の部分で実質的に均一な第１の開口幅を有し、第２の絶縁膜１２の部分で底面側から入口方向に離間するにつれて開口幅が第１の幅からこれよりも大きい第２の幅へと徐々に広がる漏斗状又は末広状形状を有する。
【００１５】
次に、周知の真空蒸着方法等によって、図３（Ｄ）に示すように例えばアルミニウムから成る導電性材料をコンタクト開口１６に埋め込むことで、コンタクト開口１６の底面に露出したシリコン半導体基板１０の表面に低抵抗性接触するコンタクト電極１７を形成する。コンタクト電極１７は開口１６のテーパー状部分を含む内側全体を埋め、その端部はコンタクト開口１６の外側まで延伸している。図３（Ｄ）には１つの電極１７のみが示されているが、一般的には複数の半導体領域に接触する複数のコンタクト電極を同時に形成する。
【００１６】
本実施形態のコンタクト電極の形成方法によれば、次の作用効果が得られる。
（１）コンタクト開口１６の上端部が漏斗状に形成されているため、電極１７のステップカバレージが良好に得られる。
（２）第１の孔１４の上端部にテーパー状部分を形成するための熱処理を施すときに、第１の孔１４の底面に半導体基板１０の表面が露出しないので、絶縁膜１３中に含まれる不純物の外方拡散によるコンタクト抵抗の増大が防止される。
（３）層間絶縁膜を構成する第１の絶縁膜１１と第２の絶縁膜１２のエッチングレートの違いを利用して、第１の絶縁膜１１を第１の孔１４a内に選択的に残存させることによって、半導体基板１０の表面が露出することを防止するので、生産工程を煩雑化することなく不純物の外方拡散によるコンタクト抵抗の増大を防止することができる。
（４）本実施形態では第１の絶縁膜１１の一部も第２の絶縁膜１２と共にエッチング除去されるようにエッチング時間等が調整されている。従って、エッチングのバラツキがあったとしても第２の絶縁膜１２が完全に除去される。もし、第１の孔１４の底面に第２の絶縁膜１２が残存すると、テーパー状部分を形成する熱処理において第２の絶縁膜１２が第１の孔１４を埋めるように変形するおそれがある。
【００１７】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）第２の絶縁膜１２と半導体基板１０との間に、第１の絶縁膜１１と同様に層間絶縁膜として機能する第３の絶縁膜又は更に多くの絶縁膜を形成することができる。
（２）第１の孔１４及び第２の孔１５をエッチング液を使用して形成することができる。
（３）第１及び第２の絶縁膜１１，１２の組成を変えることができる。
（４）電極１７を金属のメッキで形成することもできる。
（6）  電極１７を数種の電極材を積層した構造とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、IC、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子のコンタクト電極の形成に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の半導体素子のコンタクト電極の形成方法を工程順に説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体素子のコンタクト電極の形成方法を工程順に説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  半導体基板
１１  第１の絶縁膜
１２  第２の絶縁膜
１３  レジスト膜
１４  第１の孔
１４a  漏斗状の第１の孔
１５  第２の孔
１６  コンタクト開口
１７  電極
【図１】
2005005733.tif 000003
【図２】
2005005733.tif 000004
【図３】
2005005733.tif 000005