(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体の一方の主面にシリコンに対する酸素の割合が第１の値のシリコン酸化物から成る第１の絶縁膜とシリコンに対する酸素の割合が前記第１の値よりも大きい第２の値を有しているシリコン酸化物から成り且つ前記第１の絶縁膜のエッチングレートよりも大きいエッチングレートでエッチングされる性質を有している第２の絶縁膜とボロン及びリンを含有するシリコン酸化物から成る第３の絶縁膜とを積層状態に形成する工程と、
前記第３の絶縁膜に対するエッチングレートが前記第２の絶縁膜に対するエッチングレートよりも大きい反応ガス又はエッチング液を使用して前記第３の絶縁膜及び第２の絶縁膜の一部を選択的に除去し、その底面側に前記第２の絶縁膜の一部が残存している第１の孔を形成する工程と、
前記第３の絶縁膜に熱処理を施して少なくとも前記第１の孔を囲む部分をリフローさせ、前記第１の孔の入口がその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の孔の底面と前記半導体基体との間に残存している第１及び第２の絶縁膜をエッチングで除去して前記第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。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の厚みの総和は、前記第３の絶縁膜の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクト電極の形成方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の孔を垂直方向の異方性エッチングで形成したことを特徴とする請求項１記載の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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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て微細化することにより、コンタクト開口のアスペクト（aspect）比即ちコンタクト開口の深さａとコンタクト開口幅ｂとの比ａ／ｂ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、コンタクト開口を有する絶縁膜を溶融する方法が知られている。この方法は一般にコンタクト・リフロー・プロセスと呼ばれている。
【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体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（photolithography）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を内壁が半導体基体１の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）等から成る絶縁膜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ー状部分（傾斜部分）になり、漏斗状又はすり鉢状の開口３ａが生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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（step coverage ）即ち段差被覆性が改善される。
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、外方拡散（不純物が蒸発し、これが基体に拡散する現象）によってコンタクト開口３を通じてその底面に露出した半導体基体１の表面に拡散し、電極の半導体基体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体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】
本件出願人は、上記問題を解決するために、図２及び図３に示す方法を試みた。この方法では、まず、図２（Ａ）に示すように、シリコン単結晶から成る半導体基体１０を用意する。半導体基体１０には、図示に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トランジスタ、ダイオード等のための複数の半導体領域が形成されている。
【０００７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、この半導体基体１０の一方の主面に周知のＣＶＤ（Chemical Vapor deposition ）法（気相成長方法）によってＮＳＧ（非ドープシリコンガラス）から成る第１の絶縁膜１１を形成する。次に、基体１０の半導体素子の電気的接続に使用するための導体層１８を第１の絶縁膜１１の上に形成する。続いて、この第１の絶縁膜１１の上面に同様のＣＶＤ法（Chemical Vapor deposition 法）によってＢＰＳＧ（ボロン・リン・シリケート・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の融点は第１の絶縁膜１１の融点よりも低い。なお、第１及び第２の絶縁膜１１、１２は、基体１０の保護機能の他に、これ等の相互間の導体層１８を基体１０内の導体又は半導体、又は第２の絶縁膜１２の上の導体（図示せず）から電気的に絶縁する機能を有する。
【０００８】
次に、コンタクト開口を形成するために、第２の絶縁膜１２の上面に、孔１３ａを有するレジスト膜１３を形成し、このレジスト膜１３をマスクとして垂直方向に速度の早い異方性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。ここでは、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（dry etching ）を行っている。即ち、反応ガスとしてカーボン、フッ素を含むガス（例えばＣＨＦ3 、ＣＦ4 を非混合したガス）を使用した周知の異方性を有する反応性イオンエッチング（reactive ion etching）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は残存した状態に第１の孔１４が形成される。なお、ここでは第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体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、シリコン半導体基体１０の表面は第１の孔１４に露出していない。また、異方性エッチングを施しているため、第１の孔１４の内壁は半導体基体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。
【０００９】
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から成る第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て漏斗状の第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から成る第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しようとするが、半導体基体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体１０の表面に導入されることがない。
【００１０】
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。ここでは、この第２の孔１５が反応ガスとしてカーボン、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を有する反応性イオンエッチング（reactive ion etching）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体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。
【００１１】
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体１０の表面に低抵抗性接触する金属から成るコンタクト電極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。
【００１２】
図２及び図３に示すコンタクト電極の形成方法によれば、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。また、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の底面に半導体基体１０の表面が露出しないので、第２の絶縁膜１２中に含まれる不純物が外方拡散によって半導体基体に入り込むことを防止でき、電極１７のコンタクト抵抗の増大が防止される。また、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、半導体基体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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の絶縁膜１１を実質的にエッチングせずに第２の絶縁膜１２のみを選択性良くエッチング除去することは困難である。このため、エッチングのバラツキを考慮して、第１の絶縁膜１１は比較的厚く形成する必要がある。しかし、第１の絶縁膜１１の厚みが大きいと、第２の孔１５のアスペクト比が大きくなり、これに導電性材料を良好に埋め込むことができなくなる。
【００１４】
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、更にコンタクト開口に導電性材料を良好に埋め込むことが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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、半導体基体の一方の主面にシリコンに対する酸素の割合が第１の値のシリコン酸化物から成る第１の絶縁膜とシリコンに対する酸素の割合が前記第１の値よりも大きい第２の値を有しているシリコン酸化物から成り且つ前記第１の絶縁膜のエッチングレートよりも大きいエッチングレートでエッチングされる性質を有している第２の絶縁膜とボロン及びリンを含有するシリコン酸化物から成る第３の絶縁膜とを積層状態に形成する工程と、
前記第３の絶縁膜に対するエッチングレートが前記第２の絶縁膜に対するエッチングレートよりも大きい反応ガス又はエッチング液を使用して前記第３の絶縁膜及び第２の絶縁膜の一部を選択的に除去し、その底面側に前記第２の絶縁膜の一部が残存している第１の孔を形成する工程と、
前記第３の絶縁膜に熱処理を施して少なくとも前記第１の孔を囲む部分をリフローさせ、前記第１の孔の入口がその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の孔の底面と前記半導体基体との間に残存している第１及び第２の絶縁膜をエッチングで除去して前記第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。
【００１６】
なお、請求項２に示すように、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜の厚みの総和は、前記第３の絶縁膜の厚みよりも小さいことが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記第１及び第２の孔を垂直方向の異方性エッチングで形成することが望ましい。
【００１７】
【発明の効果】
本願の各請求項の発明は次の効果を有する。
(１)  本発明では、第３の絶縁膜と半導体基体との間にシリコンに対する酸素の割合が異なり且つエッチングレ−トが異なる第１及び第２の絶縁膜が配置されている。第２の絶縁膜のエッチングレ−トは第１の絶縁膜のエッチングレ−トよりも大きい。第２の絶縁膜は第１の孔を形成する時のエッチングの深さのバラツキの問題を解決するために寄与している。即ち、第２の絶縁膜の厚み方向のほぼ中間位置が第１の孔の目標の深さとなるようにエッチングを進めると、たとえ、エッチングのバラツキがあっても第１の絶縁膜が第１の孔に露出する恐れ、及び第３の絶縁膜が残存する恐れは少ない。このため、第１の絶縁膜によって外方拡散に基づく不純物の半導体基体への導入が阻止又は抑制される。第２の絶縁膜を省いて第１の絶縁膜を厚く形成することが考えられるが、第１の絶縁膜を厚く形成すると、半導体基体との間の応力が大きくなる。この応力は半導体素子の特性を劣化させる。これに対し、本発明では、第２の絶縁膜が設けられているので、第１の孔のためのバラツキを考慮して第１の絶縁膜をさほど厚く形成することが不用になる。第１の絶縁膜を薄く形成し、且つ第１及び第２の絶縁膜の合計の厚みを比較的小さく保てば、第２の孔のアスペクト比の抑制、及び外方拡散の防止、及び応力の抑制が可能になる。第２の孔のアスペクト比が小さくなると、導電性材料のコンタクト開口に対する埋め込みが良好に達成される。
（２）  エッチングレートの異なる材料から成る第１、第２及び第３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２回のエッチング工程で形成する。即ち、最初のエッチング工程では第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の一部を残すように第１の孔を形成し、次に、第３の絶縁膜のリフローによって第１の孔に漏斗状即ちテーパー状壁面を形成した後のエッチングによって残っている第１及び第２の絶縁膜を除去して半導体基体を露出させている。従って、第３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３の絶縁膜中の不純物が外方に放出されても、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の一部が残存しているので、半導体基体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体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。
（３）  第１、第２及び第３の絶縁膜のエッチングレートの違いによって第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の一部を残存させるので、生産工程の複雑化を防いで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。また、第１及び第２の絶縁膜は共にシリコン酸化物から成るので、第２の孔を同一のエッチング工程で形成することができる。
（４）  開口がテーパー状壁面を有しているので、電極のステップカバレージが良好になる。
【００１８】
【実施形態】
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、集積回路の一部を示す図４及び図５を参照して説明する。
【００１９】
まず、図４（Ａ）に示すように、シリコン単結晶から成る半導体基体１０を用意する。半導体基体１０は、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ダイオード等の複数の半導体素子を含む集積回路（ＩＣ）を形成するものであって、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素子のための複数の半導体領域を有する。なお、図４及び図５には半導体基体１０のエミッタ領域にエミッタ電極を形成する部分が示されている。
【００２０】
次に、図４（Ｂ）に示すように、この半導体基体１０の一方の主面に周知のＣＶＤ（Chemical Vapor deposition ）法（気相成長方法）によってＮＳＧ（非ドープシリコンガラス）から成る第１の絶縁膜１１ａを形成する。続いて、この第１の絶縁膜１１ａの上面に同様のＣＶＤ法によってＮＳＧ（非ドープシリコンガラス）から成る第２の絶縁膜１１ｂを形成する。
【００２１】
第１の絶縁膜１１ａは、化学式ＳｉＯx、ここでｘは２よりも小さい数値、で示すことができるシリコン酸化物から成る。一般的なシリコン酸化物はｘ＝２のＳｉＯ2であるので、第１の絶縁膜１１ａは酸素プァ−な膜又はＳｉリッチな膜と呼ぶことができるものである。第２の絶縁膜１１ｂは、化学式ＳｉＯy、ここでｙはｘよりも大きい数値、で示すことができるシリコン酸化物から成る。第２の絶縁膜１１ｂの酸素の割合ｙは第１の絶縁膜１１ａの酸素の割合ｘよりも大きいので、第２の絶縁膜１１ｂは酸素がリッチな膜又はＳｉがプァ−な膜と呼ぶことができるものである。この実施形態では、第２の絶縁膜１１ｂとしてｙ＝２に相当するＳｉＯ2が使用されている。
【００２２】
酸素元素又はシリコン元素の割合が異なる第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂを形成する時には、原料ガスであるＳｉＨ4又はテトラエキトシシラン（以下ＴＥＯＳと呼ぶ）とＯ2又はＮ2Ｏと比率を制御する。即ち、酸素元素がプァ−な第１の絶縁膜１１ａを形成する時には、シリコンの供給ガスであるＳｉＨ4又はＴＥＯＳの供給量を総体的に大きくし、酸素の供給ガスであるＯ2又はＮ2Ｏの供給量を総体的に小さくする。また、酸素元素がリッチな第２の絶縁膜１１ｂを形成する時には、酸素の供給ガスであるＯ2又はＮ2Ｏの供給量を相対的に大きくし、シリコンの供給ガスであるＳｉＨ4又はＴＥＯＳの供給量を相対的に小さくする。
本実施例では、第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂを形成するための原料ガスとしてＴＥＯＳ（テトラエキトシシラン）とＯ2を使用し、キャリアガスとしてＨｅを使用した。
第１の絶縁膜１１ａを形成する時の上記原料ガスの組成即ち流量比は次の通りである。ここで、流量の単位は標準のｃｍ3／ｍｉｎで示されている。
ＴＥＯＳ：Ｏ2：Ｈｅ＝５０：５００：５００
第２の絶縁膜１１ｂを形成する時の上記原料の組成即ち単位ｃｍ3／ｍｉｎで示す流量の比は次の通りである。
ＴＥＯＳ：Ｏ2：Ｈｅ＝５０：７００：５００
【００２３】
次に、第２の絶縁膜１ｂの上に複数の半導体素子間を電気的に接続するための導体層１８を周知の方法で形成する。続いて、この第２の絶縁膜１１ｂの上面にＣＶＤ法によってＢＰＳＧ即ちボロン・リン・シリケート・ガラスから成る第３の絶縁膜１２を形成する。ＢＰＳＧはボロンとリンとを含むシリコン酸化物である。なお、第１の絶縁膜１１ａの厚みは０．１〜０．５μｍ、第２の絶縁膜１１ｂの厚みは０．１〜０．５μｍ、第３の絶縁膜１２の厚みは０．５〜１．５μｍであることが望ましい。なお、第２の絶縁膜１１ｂの厚みは第１の絶縁膜１１ａの厚みと同一又は異なる値に設定する。第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂの厚みの合計は第３の絶縁膜１２の厚みよりも小さいことが望ましい。第３の絶縁膜１２の融点は第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂの融点よりも低い。第１、第２及び第３の絶縁膜１１ａ、１１ｂ、１２は、半導体基体１０の表面の保護機能の他に、導体層１８を別の導体又は半導体から電気的に分離する機能を有する。
【００２４】
次に、図５（Ａ）に示すように、第３の絶縁膜１２の上面に孔１３ａを有するレジスト膜１３を形成し、しかる後、このレジスト膜１３ａをマスクとして垂直方向に速度の早い異方性エッチングを施すことによって、図５（Ａ）に示すように孔１３ａに対応する部分の第３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。第１の孔１４の目標の深さは、第２の絶縁膜１１ｂの中間である。本実施形態では、第３の絶縁膜１２のエッチングレートが第２の絶縁膜１１ｂ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（dry etching ）を行っている。即ち、反応ガスとしてカーボン、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を有する反応性イオン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５（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３の絶縁膜１２は実質的に全てエッチング除去され、第３の絶縁膜１２の下側にある第２の絶縁膜１１ｂの一部は残存している状態に第１の孔１４が容易に形成される。第１の孔１４の目標の深さが第２の絶縁膜１１ｂの中間であるので、エッチングのバラツキが生じたとしても、第１の絶縁膜１１ａに至るように第１の孔１４が深く形成される恐れ、及び第３の絶縁膜１２の一部が残存するように第１の孔１４が浅く形成される恐れは少ない。なお、第２の絶縁膜１１ｂのエッチグレ−トは第３の絶縁膜１２のエッチングレートよりも小さい。従って、第２の絶縁膜１１ｂを比較的薄く形成しても、第１の孔１４を形成するためのエッチングのバラツキで第１の絶縁膜１１ａが第１の孔１４に露出するように第２の絶縁膜１１ｂが除去されることを防ぐことができる。また、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の内壁は半導体基体１０の一方の主面に対して垂直に切り立った形状となる。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。
【００２５】
次に、図５（Ａ）のレジスト膜１３を剥離した後、第３の絶縁膜１２に約９００〜１０００℃の熱処理を施す。これによって、ＢＰＳＧから成る第３の絶縁膜１２は流動性を呈し、図５（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即ち傾斜壁面を有するように変形して漏斗状の第１の孔１４ａが生じる。即ち、孔の底面の近くの第２の絶縁膜１１ｂにおいて垂直に立上り、そこ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から成る第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂ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３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、半導体基体１０の第１の孔１４ａに対応する部分は第１の絶縁膜１１ａと第２の絶縁膜１１ｂの一部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体１０の表面に導入されることがない。
【００２６】
次に、第３の絶縁膜１２をマスクとして、第１の絶縁膜１１ａと第２の絶縁膜１１ｂにドライエッチングを施し、図５（Ｃ）に示すように第１の孔１４ａに連続する第２の孔１５を形成する。第２の孔１５を形成する時に、第３の絶縁膜１２も少しエッチングされるが、第３の絶縁膜１２を予め厚く形成することによって、第３の絶縁膜１２の全部がエッチングで除去されることはない。本実施形態では、この第２の孔１５が反応ガスとしてカーボン、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を有する反応性イオンエッチング（reactive ion etching）によって形成されている。このエッチングによれば図５（Ｃ）に示すように、その内壁が半導体基体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１１ａ及び第２の絶縁膜１１ｂの部分で実質的に均一な第１の開口幅を有し、第３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。なお、第１の絶縁膜１１ａと第２の絶縁膜１１ｂが十分に肉薄に形成されているため、第２の孔１５のアスペクト比は小さい。
【００２７】
次に、周知の真空蒸着方法等によって、図５（Ｄ）に示すように例えばアルミニウム等の金属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体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５（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。
【００２８】
本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）  第３の絶縁膜１２と半導体基体１０との間にシリコンに対する酸素の割合が異なり且つエッチングレ−トが異なる第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂが配置されている。第２の絶縁膜１１ｂのエッチングレ−トは第１の絶縁膜１１ａのエッチングレ−トよりも大きい。第２の絶縁膜１１ａは第１の孔１４を形成する時のエッチングの深さのバラツキの問題を解決するために寄与している。即ち、第２の絶縁膜１１ｂの厚み方向のほぼ中間位置が第１の孔１４の目標の深さとなるようにエッチングを進めると、たとえ、エッチングのバラツキがあっても第１の絶縁膜１１ａが第１の孔１４に露出する恐れ、及び第３の絶縁膜１２が残存する恐れは少ない。また、たとえ、第２の絶縁膜１１ｂの全部を貫通するように第１の孔１４が形成されても、第１の絶縁膜１１ａのエッチングレ−トが第２の絶縁膜１１ｂのエッチングレ−トよりも遅いので、第１の孔１４が第１の絶縁膜１１ａにさほど入り込まない。このため、第１の絶縁膜１１ａによって外方拡散に基づく不純物の半導体基体１０への導入が阻止又は抑制される。第２の絶縁膜１１ｂを省いて第１の絶縁膜１１ａを厚く形成することが考えられるが、第１の絶縁膜１１ａ厚く形成すると、半導体基体１０との間の応力が大きくなる。この応力は半導体素子の特性を劣化させる。これに対し、本実施形態では、第２の絶縁膜１１ｂが設けられているので、第１の孔１４のためのバラツキを考慮して第１の絶縁膜１１ａをさほど厚く形成することが不用になる。第１の絶縁膜１１ａを薄く形成し、且つ第１及び第２の絶縁膜１１ｂの合計の厚みを比較的小さく保てば、第２の孔１５のアスペクト比の抑制、及び外方拡散の防止、及び応力の抑制が可能になる。第２の孔１５のアスペクト比が小さくなると、導電性材料のコンタクト開口１６に対する埋め込みが良好に達成される。
（２）  エッチングレートの異なる材料から成る第１、第２及び第３の絶縁膜１１ａ、１１ｂ、１２を形成し、コンタクト開口１６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１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂを残すように第１の孔１４を形成し、次に、第３の絶縁膜１２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１４ａを形成し、その後のエッチングによって残っている第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂを除去して半導体基体１０を露出させているので、第３の絶縁膜１２の第１の孔１４をテーパー状壁面を有するようにように変形するための熱処理によって第３の絶縁膜１２中の不純物が外方に放出されても、第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂが残存しているので、半導体基体１０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１７と半導体基体１０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。
（３）  第２及び第３の絶縁膜１１ｂ、１２のエッチングレートの違いによって第２の絶縁膜１１ｂの一部を残存させるので、生産工程の煩雑化を防いで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）  開口１６がテーパー状壁面を有しているので、電極１７のステップカバレージが良好になる。
【００２９】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）  第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂの酸素の割合を、基体１０の表面から第３の絶縁膜１２に向かって徐々に又は階段状に増大させることができる。
（２）  第３の絶縁膜１２と半導体基体１０との間に、第１及び第２の絶縁膜１１ａ、１１ｂと同様に層間絶縁膜として機能する別の第４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。例えば、第１の絶縁膜１１ａと半導体基体１０との間に薄いシリコン酸化膜を形成し、この薄いシリコン酸化膜と第１の絶縁膜１１ａとの間に導体層１８を形成することができる。この場合、薄いシリコン酸化膜は第１の絶縁膜１１ａと同一又はほぼ同一のエッチングレ−トを有するものとする。
（３）  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。また、ドライエッチングを、周知のスパッタエッチング（sputter etching ）、又はイオンビームエッチング（ion beam ethching ）とすることができる。
（４）  電極１７を金属のメッキで形成することができる。
（５）  電極１７を数種の電極材料を積層した構造とすることができる。
（６）  図４及び図５の実施形態では電極１７がエミッタ電極とされているが、コレクタ電極、ベース電極、ドレイン電極、ソース電極、カソード電極、アノード電極等にも適用できる。更に、電極１７をショットキバリア電極とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【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】別の従来の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。
【図４】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半導体素子の一部を示す断面図である。
【図５】図４に続く工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  半導体基体
１１ａ  第１の絶縁膜
１１ｂ  第２の絶縁膜
１２  第３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】
0003975324.tif 000002
【図２】
0003975324.tif 000003
【図３】
0003975324.tif 000004
【図４】
0003975324.tif 000005
【図５】
0003975324.tif 000006