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審決分類 審判 一部無効 2項進歩性  H01L
審判 一部無効 特許請求の範囲の実質的変更  H01L
審判 一部無効 ただし書き1号特許請求の範囲の減縮  H01L
管理番号 1179487
審判番号 無効2005-80182  
総通号数 104 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許審決公報 
発行日 2008-08-29 
種別 無効の審決 
審判請求日 2005-06-13 
確定日 2008-05-08 
訂正明細書 有 
事件の表示 上記当事者間の特許第2645345号発明「安定な低抵抗コンタクト」の特許無効審判事件について、次のとおり審決する。 
結論 訂正を認める。 特許第2645345号の請求項8、36に記載された発明についての特許を無効とする。 審判費用は、被請求人の負担とする。 
理由 第1.手続の経緯
本件特許第2645345号は、米国において1987年2月19日になされた出願を基礎出願として、パリ条約による優先権を主張し、昭和63年2月17日に特許出願され、平成9年5月9日にその請求項1ないし55に係る発明について特許権の設定登録がなされ、その後、平成10年2月24日付けで特許異議の申し立てがなされ、平成11年3月12日付けで、請求項1、3、4、7、10、15、19、35、49に係る特許を取り消す決定がなされ、同決定が確定した。
また、平成15年12月17日付けで、沖電気工業株式会社から、本件請求項40及び43に係る特許について無効審判(以下、「第1無効審判」という。)が請求され、平成17年6月24日付けで請求項36、40及び46に係る発明についての訂正を認めるとともに、請求項40及び43に記載された発明についての特許を無効とするとの審決がなされ、この審決に対しては、知的財産高等裁判所への審決取消訴訟の提起(平成17年(行ケ)第10777号)並びに最高裁判所への上告及び上告受理申請(平成19年(行ツ)第101号、平成19年(行ヒ)第98号)がなされたが、平成19年6月19日付けで上告を棄却すると共に上告審として受理しない旨の決定がなされ、第1無効審判の審決が確定している。

そして、本件特許無効審判事件は、平成17年6月13日付けで請求人 沖電気工業株式会社(以下、「請求人」という。)から、本件請求項8及び36に係る特許について無効審判が請求されたものであり、平成17年8月31日付けで被請求人 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレーテッド(以下、「被請求人」という。)より訂正請求書が提出されるとともに、平成17年12月27日付けで答弁書が提出され、その後、平成19年7月24日付けで請求人より弁駁書が提出され、平成19年11月15日に請求人及び被請求人より口頭審理陳述要領書がそれぞれ提出されるとともに、同日に口頭審理がなされたものである。
なお、口頭審理において訂正拒絶理由が告知され、平成19年11月15日付けで手続補正書(訂正明細書)が提出され、その後、平成19年11月26日付けで請求人及び被請求人からそれぞれ上申書が提出され、更に、平成19年12月7日付けで被請求人から上申書が提出されている。

第2.請求人の主張
請求人は、審判請求書、弁駁書、及び口頭審理陳述要領書において、
(1)訂正前の請求項8に係る特許発明は、甲第1号証ないし甲第6号証に記載された発明及び周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第29条第2項の規定に違反し、無効とすべきものである。
(2)請求項8についての訂正は、平成6年改正前特許法第134条第2項ただし書きに掲げる事項を目的とするものではなく、又は、実質上特許請求の範囲を拡張もしくは変更するものであって特許法第134条の2第5項で準用する平成6年改正前第126条第2項に規定する要件に適合しないものであるから、認められるべきではない。(請求人は、「特許法第134条の2第1項ただし書きに掲げる事項を目的とするものではなく、又は、実質上特許請求の範囲を拡張もしくは変更するものであって特許法第134条の2第5項で準用する特許法第126条第4項に規定する要件を充足しない」と主張しているが、本件特許の出願日は平成7年6月30日以前であるので、上記のように条文を読み替えた。)
(3)仮に、請求項8についての訂正が認められるとしても、訂正後の請求項8に係る特許発明は、甲第1号証ないし甲第6号証に記載された発明及び周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第29条第2項の規定に違反し、無効とすべきものである。
(4)訂正が確定した請求項36に係る特許発明は、甲第1号証ないし甲第6号証に記載された発明及び周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第29条第2項の規定に違反し、無効とすべきものである。
と主張している。

証拠方法
甲第1号証:特開昭61-35517号公報
甲第2号証:G.Higelin, C.Wieczorek, V.Grewal, “A CONTACT FILLING PROCESS WITH CVD-TUNGSTEN FOR MULTILEVEL METALLIZATION SYSTEMS”, 1986年, PROCEEDINGS THIRD INTERNATIONAL IEEE VLSI MULTILEVEL INTERCONNECTION CONFERENCE, pp.443-449
甲第3号証:K. Suguro et al.,“High Aspect Ratio Hole Filling with CVD Tungsten for Multi-level Interconnection”, Extended Abstracts of the 18th (1986 International) Conference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS, pp.503-506
甲第4号証:Suresh Sachdev and Sunil D. Mehta, “TUNGSTEN INTERCONNECTS IN VLSI”, Tungsten and Other Refractory Metals for VLSI Applications, 1986年発行 (1985 Materials Research Society), pp.161-171
甲第5号証:特開昭61-51917号公報
甲第6号証:特開昭61-248442号公報
甲第7号証:特許第2645345号公報(本件特許掲載公報)

第3.被請求人の主張
一方、被請求人は、答弁書及び口頭審理陳述要領書において、
(1)本件の請求項8についての訂正は、訂正要件を充足するのものである。
(2)訂正前及び訂正後の請求項8に係る特許発明は、甲第1号証ないし甲第6号証に記載された発明及び周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものではないから、特許法第29条第2項の規定に違反してなされたものではなく、無効とされるべきものではない。
(3)訂正が確定した請求項36に係る特許発明は、甲第1号証ないし甲第6号証に記載された発明及び周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものではないから、特許法第29条第2項の規定に違反してなされたものではなく、無効とされるべきものではない、
と主張している。

証拠方法
乙第1号証:E.K.BROADBENT, A.E.MORGAN, J.M.DEBLASI, P.VAN DER PUTTE, A.READER, B,COULMAN, B.J.BURROW, AND D.K.SADANA “Growth of selective tungsten on self-aligned Ti and PtNi silicides by low pressure chemical vapor deposition”, pp.63-79
乙第2号証:D.C.PAINE, J.C.BRAVMAN, AND K.C.SARASWAT, “MICROSTRUCTURAL CHARACTERIZATION OF LPCVD TUNGSTEN INTERFACES”, 1985 Materials Research Society, pp.117-123
乙第3号証:David W.WOODRUFF, et al., General Electric Corporate Research and Development, “ADHESION OF NON-SELECTIVE CVD TUNGSTEN TO SILICON DIOXIDE”, 1985 Materials Research Society, pp.173-183
乙第4号証:平成8年8月20日付けで発送された拒絶理由通知
乙第5号証:優先権主張番号16429号に係る米国特許出願
乙第6号証:伊藤隆司外2名著、“VLSIの薄膜技術”、丸善株式会社発行、表紙、171頁?191頁、奥付、昭和61年9月30日発行、平成4年10月10日第3刷発行
(なお、被請求人は、平成19年11月26日付け上申書により、乙第6号証と同内容の“VLSIの薄膜技術”の第1刷[昭和61年9月30日発行、大阪府立中之島図書館昭和61年11月27日受入]の写しを提出している。)
乙第7号証:丹呉浩侑編、“半導体プロセス技術”、株式会社培風館発行、表紙、52頁?53頁、奥付、1998年11月30日発行
乙第8号証:M.Iwami, 外2名、“ELS STUDY ON THE INITIAL STAGE OF Ti-SILICIDE FORMATION ON Si(111) AT ROOM TEMPERATURE”、Solid State Communication、Vol.49, No.5、459頁?462頁、1984年発行

第4.訂正請求について
平成19年11月15日付け手続補正書(訂正明細書)により補正された、平成17年8月31日付け訂正請求書による訂正の適否について検討する。
4-1.訂正の内容
本件の訂正請求書において、被請求人が求める訂正(以下、「本件訂正」という。)の内容は、
訂正前の「【請求項8】 前記タングステン導電材料は、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する、請求項7記載のコンタクト。」を
「【請求項8】 前記バリヤ層は、窒化チタンを含む浸食およびウォームホールのバリヤ層であり、前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ、前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する、請求項7記載のコンタクト。」と訂正するものである。
そして、本件訂正は、以下の訂正事項に整理される。
(1)訂正事項1
「前記バリヤ層は、窒化チタンを含む浸食およびウォームホールのバリヤ層であり、」との記載を付加すること。
(2)補正事項2
「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ、」との記載を付加すること。
(3)補正事項3
訂正前の「前記タングステン導電材料は、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する」を「前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する」に訂正すること。

4-2.訂正の適否
(1)訂正事項1について
訂正明細書の請求項8に係る発明は、請求項7を引用し、請求項7に係る発明は請求項1を引用しており、引用された請求項1には、「(b)前記粘着および接触層上を覆って形成されるバリヤ層」と記載されているから、訂正事項1についての訂正は、請求項1に記載される「バリヤ層」について、「窒化チタンを含む」ものであることを、技術的に限定するものであり、かつ、請求項1に記載される「バリヤ層」について、「浸食およびウォームホールのバリヤ層であ」ることを明りょうにし、或いは、技術的に限定するものである。よって、訂正事項1についての訂正は、特許請求の範囲の減縮、又は明りょうでない記載の釈明を目的とするものである。
そして、訂正事項1についての訂正は、本件特許明細書の「好ましくは、バリヤ材料は、その優れたバリヤ特性のため、窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンまたは窒化硼素を含む。TiNは、ドーパント種ならびにシリコン拡散に対する証明された拡散バリヤであるので、この発明の実施において最も好ましい材料である。」(特許公報第7頁右欄第22?27行)、「析出中に、CVDタングステンプラグ法の場合、浸食およびウォームホール発生の原因となる気体CVDタングステン種は、層18および20があるため下にあるシリコンと決して接触せず、それによってそのようないかなる損傷も防ぐ。」(同第8頁左欄第20?24行)、及び、「浸食およびウォームホールのような問題は、接合部10がバリヤ層20によって保護されているので生じない。」(同第8頁右欄第20?22行)との記載から明らかである。
したがって、訂正事項1についての訂正は、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内においてなされたものであり、かつ実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
(2)訂正事項2について
訂正明細書の請求項8に係る発明は、請求項7を引用し、請求項7に係る発明は請求項1を引用しており、引用された請求項1には、「(a)前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層」を備えることが記載されている。そして、訂正事項2についての訂正により、「粘着および接触層」について、「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ」なる構成が追加された。
訂正事項2について、請求人は弁駁書において、『本件訂正8のうち「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ、」という訂正事項は、明らかに特許請求の範囲を拡張又は変更するものであり、特許請求の範囲の減縮を目的とするものではない。訂正前の請求項8は、引用する請求項1の構成要件(a)において、「前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層」と記載しており、チタンの粘着および接触層がドープされた領域の部分と接触する構造なのである。これに対し、訂正発明8では、「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ」という要件が付加されているのであるから、チタンの粘着および接触層がドープされた領域の部分との間に「TiSixコンタクトシリサイド」が存在し、チタンの粘着および接触層がドープされた領域の部分と接触しない構造又はその構造を含むことになるのである。・・・(中略)・・・また、上記被請求人の「粘着及び接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにおいて、TiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られている態様に限定する」という主張を反対解釈すれば、粘着及び接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにおいて、TiSix層が得られていない態様も存在することになるが、訂正前の請求項8は、かかるTiSix層が得られていない態様に限定されていたことになる。 したがって、本件訂正8によって、請求項8に係る発明が実質上特許請求の範囲を変更又は拡張されることは明らかであり、本件訂正8は、特許請求の範囲の減縮を目的とするものではない。』と主張している。(弁駁書第4頁第15行?第5頁第17行)
しかしながら、発明の対象となる物の構成を、製造方法と無関係に、物質等により直接的に特定することが、不可能、困難、あるいは何らかの意味で不適切であるときは、その物の製造方法によって物自体を特定することができるから、本件請求項8が請求項7を介して引用する請求項1の「前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層」の記載は、「チタンの粘着および接触層」という材料的・機能的構成に関して、「・・・接触して・・・沿って形成される」という製法的限定を加えたものと解釈することができる。そして、「チタンの粘着および接触層」に関する製法的限定であるとの位置づけにかんがみれば、「前記ドープされた領域の前記部分と接触して・・・形成される」という記載事項をもって、「チタンの粘着および接触層」が「前記ドーブされた領域の前記部分と接触」する界面領域において、何ら化学変化を起こさず、チタンのまま存続し続けるという構造的限定があると、直ちに解釈することはできない。
さらに、訂正事項2において、請求項7を介して引用する請求項1の「半導体表面のドープされた領域」に関して、その素材を「シリコン基板のドープされた領域」との限定を付加しており、本件特許の優先権主張日の時点において、シリコンとチタンが接触する領域においてシリサイド化が比較的低温で発生することが技術常識であったと認められ、且つ、本件特許明細書においても、「チタンの層18は、約100ないし800Åのオーダの厚さである・・・約800Å以上の厚さは、チタンシリサイドが形成されるため接合から受入れ不可能な量のシリコンを消費することがあり」(本件特許公報第7頁右欄第4?8行)、及び「Ti/TiN法では、チタンが接合部と接触するTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られることに注目すべきである。」(同第9頁左欄第28行?右欄第1行)と記載されているから、本件特許明細書においては、「粘着および接触層」と位置づけられる「チタン」に関しては、実施例においても一貫してシリコンとの相互反応を生じさせることを前提とした記載となっている。
したがって、「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ」との記載を付加する訂正は、明細書全体からみて、特許発明が当然備えているはずの条件を特許請求の範囲に加入することに相当するものと認められ、請求項1の「前記ドープされた領域の前記部分と接触して・・・形成される」という製法的限定に係る技術的意義を明らかにしたものであって、明りょうでない記載の釈明、又は、特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
また、前述のとおり、本件特許明細書には、「Ti/TiN法では、チタンが接合部と接触するTiSi_(x)コンタクトシリサイド化が実質的に得られることに注目すべきである。」(本件特許公報第9頁左欄第28行?右欄第1行)と記載され、この記載に基づいて、「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ」との記載を付加することは、請求項1の「前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層」との製法的限定の記載との間で矛盾や技術的な変更が生ずるものでもないから、訂正事項2についての訂正は、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内においてなされたものであり、かつ実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
(3)訂正事項3について
「前記タングステン導電材料は、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する」を「前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する」に訂正する訂正事項3についての訂正は、「前記タングステン導電材料」が、「CVDによって形成され」ることを技術的に限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
そして、訂正事項3についての訂正は、本件特許明細書の「層22は、等角析出可能な導電材料を含む。そのような材料の好ましい例は、CVDまたはバイアススパッタリングされたタングステンまたはモリブデンあるいはその場的にドープされたCVDポリシリコンを含む。」(本件特許公報第7頁右欄第48行?第8頁左欄第1行)、及び、「バリヤ層20の析出後、WSixまたはシリコンの任意の層21は、CVDタングステンにとって典型的な態様でCVDによって析出されてもよい。そのような層21の部分は、第1C図(点線)に描かれている。」(同第7頁右欄第43?46行)との記載から明らかである。
したがって、訂正事項3についての訂正は、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内においてなされたものであり、かつ実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。

4-3.まとめ
したがって、本件訂正は、特許請求の範囲の減縮、明りょうでない記載の釈明を目的とし、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内においてなされたものであり、かつ実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
以上のとおりであるから、本件訂正は、平成6年改正前特許法第134条第2項ただし書きの規定に適合し、特許法第134条の2第5項において準用する平成6年改正前第126条第2項の規定に適合するので、当該訂正を認める。

第5.本件特許発明
本件訂正は認められるから、請求人が無効を主張する本件特許第2645345号の請求項8、36に係る特許発明は、平成19年11月15日付けの手続補正書(訂正請求書)により補正された、平成17年8月31日付けの訂正請求書に添付された全文訂正明細書の請求項8、36に係る特許発明に対応するものである。
ここで、平成11年3月12日付けの「異議の決定」で取り消された請求項1、7、35に係る発明、訂正された請求項8に係る発明、及び訂正が確定している請求項36(以下、単に「請求項36」という。)に係る発明は、以下のとおりである。
「【請求項1】 半導体表面上に、前記半導体表面のドープされた領域の部分まで形成される少なくとも1つの絶縁層を介して、コンタクトホールに形成される安定な低抵抗コンタクトであって、(a)前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層と、(b)前記粘着および接触層上を覆って形成されるバリヤ層、および(c)前記バリヤ層上を覆って形成されかつ少なくとも実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料を含み、(d)前記導電材料からなるコンタクトプラグは、前記コンタクトホール内にのみ形成されるとともに前記コンタクトプラグに接触するパターニングされた導電配線とは異なる材料からなる、コンタクト。」
「【請求項7】 前記導電材料は、タングステン、モリブデンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される、請求項1記載のコンタクト。」
「【請求項8】 前記バリヤ層は、窒化チタンを含む浸食およびウォームホールのバリヤ層であり、前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ、前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する、請求項7記載のコンタクト。」
「【請求項35】 集積半導体回路に安定な低抵抗コンタクトを製作する方法であって、(a)シリコン基板にドープされた領域を設け、(b)周囲の基板の前記ドープされた領域上を覆って二酸化シリコンの絶縁層を形成し、(c)前記ドープされた領域の選択された領域に、その部分を露出するために、前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールは前記絶縁層の壁によって規定され、(d)下にあるドープされた領域に接触して、前記壁に沿ったところを含む、少なくとも前記ホールにチタンの粘着および接触層をスパッタリングし、前記粘着および接触層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、(e)窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含むバリヤ層を、前記粘着および接触層と接触して前記コンタクトホールに形成し、前記バリヤ層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、かつ(f)前記コンタクトホールを実質的に充填しかつ前記バリヤ層と接触する導電材料を含むコンタクトプラグを形成し、前記コンタクトプラグは、タングステンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される導電材料をCVDによって析出することによって形成される、方法。」
「【請求項36】 前記チタン粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さにブランケット析出され、前記バリヤ層は、コンタクトホールの底部だけでなく側壁にも形成され、前記コンタクトプラグは、導電材料として、CVDによって形成されたタングステンとWSix層とを含み、前記WSix層が、前記バリヤ層と前記CVDタングステンとの間に存在する、請求項35記載の方法。」

そして、訂正された請求項8に係る発明は、請求項7を引用し、請求項7に係る発明は、さらに、請求項1を引用しており、また、請求項36に係る発明は、請求項35を引用しているから、訂正された請求項8に係る発明及び請求項36に係る発明は、以下のとおりであるものと認められる。
〔訂正された請求項8に係る発明〕
「【請求項8】 半導体表面上に、前記半導体表面のドープされた領域の部分まで形成される少なくとも1つの絶縁層を介して、コンタクトホールに形成される安定な低抵抗コンタクトであって、
(a)前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層と、
(b)前記粘着および接触層上を覆って形成されるバリヤ層、および
(c)前記バリヤ層上を覆って形成されかつ少なくとも実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料を含み、
(d)前記導電材料からなるコンタクトプラグは、前記コンタクトホール内にのみ形成されるとともに前記コンタクトプラグに接触するパターニングされた導電配線とは異なる材料からなり、
前記導電材料は、タングステン、モリブデンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択され、
前記バリヤ層は、窒化チタンを含む浸食およびウォームホールのバリヤ層であり、前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ、前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する、コンタクト。」(以下、「本件特許発明1」という。)
〔請求項36に係る発明〕
「【請求項36】 集積半導体回路に安定な低抵抗コンタクトを製作する方法であって、
(a)シリコン基板にドープされた領域を設け、
(b)周囲の基板の前記ドープされた領域上を覆って二酸化シリコンの絶縁層を形成し、
(c)前記ドープされた領域の選択された領域に、その部分を露出するために、前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールは前記絶縁層の壁によって規定され、
(d)下にあるドープされた領域に接触して、前記壁に沿ったところを含む、少なくとも前記ホールにチタンの粘着および接触層をスパッタリングし、前記粘着および接触層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、
(e)窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含むバリヤ層を、前記粘着および接触層と接触して前記コンタクトホールに形成し、前記バリヤ層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、かつ
(f)前記コンタクトホールを実質的に充填しかつ前記バリヤ層と接触する導電材料を含むコンタクトプラグを形成し、前記コンタクトプラグは、タングステンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される導電材料をCVDによって析出することによって形成され、
前記チタン粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さにブランケット析出され、前記バリヤ層は、コンタクトホールの底部だけでなく側壁にも形成され、前記コンタクトプラグは、導電材料として、CVDによって形成されたタングステンとWSix層とを含み、前記WSix層が、前記バリヤ層と前記CVDタングステンとの間に存在する、方法。」(以下、「本件特許発明2」という。)

第6.請求人の提出した証拠方法及びその記載事項
(a)刊行物1:特開昭61-35517号公報(請求人の提出した甲第1号証)
本件特許の優先権主張日前に日本国内において頒布された刊行物1は、「半導体装置の形成方法」(発明の名称)に関するものであって、第5図?第8図とともに、以下の事項が記載されている。
「本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、半導体基板上に形成された半導体領域と配線層との間に高い信頼性をもつ微細面積のコンタクトを形成する方法に関する。」(第1頁右下欄第16?19行)
「このような問題を解決する技術として、前記N^(+)型シリコン拡散層2とアルミニウム電極5との間に前述の如き界面反応が発生するのを防止するため、障壁金属(バリヤーメタル)を形成する方法が注目されている。
この1例として、窒化チタン(TiN)膜を障壁金属として用いた場合の電極形成方法を第11図(a)?(c)に示す。」(第2頁右上欄第14行?同頁左下欄第1行)
「本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、微細で浅いPN接合をもつ半導体層に対しても接合特性を劣化させることなく、配線層と拡散層との間のオーミックコンタクトを低抵抗とすると共に、信頼性を高めることを目的とする。」(第2頁右下欄第3?7行)
「アルミニウム層Al/窒化チタン膜TiN/シリコン拡散層Siからなる多層膜構造では、窒化チタン膜の存在によって、550℃まで、アルミニウム層とシリコン拡散層との相互反応は確実に防止することができ、該窒化チタン膜は熱的および化学的安定性を維持することができることを確認した。」(第2頁右下欄第11?17行)
「そこで、本発明は、自然酸化膜の除去およびシリコン拡散層と窒化チタン膜との密着性の向上に着目してなされたもので障壁金属の形成に先立ち、金属膜を形成し、続いて、障壁金属としての窒化金属膜を形成するようにしている。
すなわち、本発明は、拡散層の形成された基板表面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜にコンタクト用の窓明けを行い、この窓内にコンタクト用電極を形成するにあたり、まず、金属膜を形成し、続いて窒化金属膜を形成し、該窒化金属膜の上層にコンタクト用の電極を形成することを特徴とするものである。
このように、拡散層と障壁金属としての窒化金属膜との間に金属膜を介在させた場合にも、該窒化金属膜の障壁金属としての特性は変化せず、金属膜の存在によって窒化金属膜の内部応力を緩和できるため密着性が高められると共に、後続する熱処理工程において、該金属膜が、拡散層上に生成される自然酸化膜と反応することにより、拡散層とコンタクト用の電極との電気的接触を良好に保つことが可能となる。
〔発明の効果〕
従って、本発明によれば、微細で浅いPN接合をもつ半導体領域に対しても、障壁金属の存在によって、電極と半導体領域との界面反応が抑制され、また電極形成後の熱処理による接合破壊を確実に防止することができると同時に、低抵抗であってかつ、信頼性の高いオーミックコンタクトを形成することが可能となる。」(第3頁左上欄第4行?同頁右上欄第12行)
「まず、第6図に示す如く、P型シリコン基板31上に、砒素をイオン注入することによって形成されたPN接合深さX=0.1μmのN^(+)型シリコン拡散層32の表面全体に絶縁膜33として酸化シリコン膜を堆積し、これにフォトリソエッチング法により、コンタクト用の窓Wを穿孔する。
次いで、アルゴン雰囲気中でスパッタリングを行い、前記P型シリコン基板表面全体に第7図に示す如く、チタン(Ti)膜34を形成する。このとき、基板温度は20?300℃、アルゴンの圧力は3×10^(-3)Torrとし、膜厚100Åのチタン膜34を得た後、一担、スパッタリングを停止する。
続いて、真空を破ることなく、該スパッタリング装置内に窒素ガスを導入し、アルゴンの分圧3×10^(-3)Torr、窒素の分圧3×10^(-4)?6×10^(-4)Torrとし、基板温度20?300℃の条件下で、再びスパッタリングを行い、第8図に示す如く膜厚1000Åの窒化チタン膜35を形成する。
更に、基板表面全体にアルミニウム膜36を蒸着法によって形成する。そして、このようにして得られたチタン膜34、窒化チタン膜35、アルミニウム膜36からなる3層膜を、フォトリソエッチング法により、同時にパターニングする。この後、フォーミングガス雰囲気中で20分間にわたり、450℃の熱処理を行うことにより、第5図に示したようなコンタクト用電極および電極配線層が完成される。」(第4頁左上欄第6行?同頁右上欄第13行)
「前記熱処理によってチタン膜が、N^(+)型シリコン拡散層と反応し、ケイ化チタンTiSi_(2)が形成される」(第4頁右下欄第4?6行)

そして、刊行物1に記載された発明の「チタン膜」及び「窒化チタン膜」は、第7図、第8図及びこれらの図面に関する記載から、コンタクト用の窓を充填するのに不十分な厚さに形成され、かつ、コンタクト用の窓の底部だけでなく側壁にも形成されていることは明らかである。

よって、刊行物1には、
「P型シリコン基板上に、前記シリコン基板に砒素をイオン注入されたN^(+)型シリコン拡散層まで、酸化シリコンの絶縁膜に穿孔したコンタクト用の窓に形成された、低抵抗であってかつ、信頼性の高いオーミックコンタクトであって、
(a)酸化シリコンの絶縁膜を介してかつ前記N^(+)型シリコン拡散層の前記コンタクト用の窓に露出する部分と接して、前記コンタクト用の窓の側壁にそって形成されたチタン膜と、
(b)前記チタン膜上で、コンタクト用の窓の底部のみでなく側壁にも形成された窒化チタン膜と、
(c)前記窒化チタン膜を含めた前記P型シリコン基板表面全体に蒸着法により形成されたアルミニウム膜とを含むオーミックコンタクト。」(以下、「刊行物発明1-1」という。」)、
「半導体装置に低抵抗であってかつ、信頼性の高いオーミックコンタクトを製作する方法であって、
(a)P型シリコン基板に砒素をイオン注入することによってN^(+)型シリコン拡散層を形成し、
(b)前記N^(+)型シリコン拡散層の表面全体を覆って酸化シリコンの絶縁膜を形成し、
(c)前記酸化シリコンの絶縁膜にコンタクト用の窓を穿孔し、
(d)前記P型シリコン基板表面全体にチタン膜をスパッタリングし、前記チタン膜は、前記コンタクト用の窓の底部だけでなく側壁にも形成されるとともに、前記コンタクト用の窓を充填するのに不十分な厚さに形成され、
(e)続いて、窒化チタン膜を形成し、前記窒化チタン膜は、前記コンタクト用の窓を充填するのに不十分な厚さに形成され、かつ
(f)更に、前記P型シリコン基板表面全体にアルミニウム膜を蒸着法によって形成し、
前記チタン膜は、100Åの厚さにスパッタリングにより形成され、前記窒化チタン膜は、コンタクト用の窓の底部だけでなく側壁にも形成される、方法。」(以下、「刊行物発明1-2」という。」)
が記載されている。

(b)刊行物2:G.Higelin, C.Wieczorek, V.Grewal, “A CONTACT FILLING PROCESS WITH CVD-TUNGSTEN FOR MULTILEVEL METALLIZATION SYSTEMS”, 1986年, PROCEEDINGS THIRD INTERNATIONAL IEEE VLSI MULTILEVEL INTERCONNECTION CONFERENCE, pp.443-449 (請求人が提出した甲第2号証)
本件特許の優先権主張日前に外国において頒布された刊行物2には、図1a、図1b、図2及び図3とともに以下の事項が記載されている。
「従来のAlスパッタ技術は、ステップカバレッジ(段差被覆性)が劣っていたので、サブミクロンサイズの信頼できるコンタクト電極形成には十分ではないであろう。・・・
H_(2)によるWF_(6)の還元によって形成されるCVDタングステン膜は、低い堆積温度、コンフォーマルなステップカバレッジ(均一な段差被覆性)、低いコンタクト抵抗および高いエレクトロマイグレーションの安定性という非常に適した特性を有し、最も期待されているプロセスである。非選択的なW(タングステン)堆積およびエッチバックによるW(タングステン)プラグをコンタクトホールに充填することができる。この非選択方法は、タングステンを選択的に堆積させる場合のような浸食効果やウォームホールに関連する問題が何もないことが示された。」(第443頁第13?25行の訳文)
「優れた流動性を有し、ステップアングルが45°以上の非常に高い平坦化を提供するBPSG(4%B、4%P)によって素子分離酸化物が形成された。側壁の角度が約85°の異方性のコンタクトが開口された。レジスト剥離後、ポリマーを除去するためにNF_(3)処理が行われた。タングステンの堆積前のHF浸漬は、タングステン層のコンタクト抵抗および接着性を向上させる。WSi_(x)(X≧2.2)およびWの二重層が、450℃のコールドウォールLPCVDリアクタ中で次の化学反応で堆積された。
WF_(6)+2.5SiH_(4) → WSi_(2.5)+6HF+2H_(2 )(1)
および WF_(6)+ 3H_(2) → W +6HF. (2)
WSi_(x)の厚さは1000Åであり、Wは8000Åであった。
・・・W/WSi_(x)のエッチバックは、マグネトロンシステムにおけるSF_(6)/O_(2)プラズマ方法によって行われた。・・・エッチバックした後のタングステンプラグの形状は図1bに示されている。AlSiがスパッタされる前にW表面から酸化膜を洗浄する様々な工程が行われた。」(第443頁第29行?第444頁第17行の訳文)
「WSi_(x)/W堆積とエッチバックによるコンタクト充填工程は、非常に好適な平坦な特性を持つ。WSi_(x)は優れた接合部の特性及びSiに対する低コンタクト抵抗を有し、WはAlスパイクを防止する拡散バリヤとして機能しうる。」(第445頁第22?26行の訳文)
「図2:Wプラグで充填されたコンタクトホール上のAlSi配線」(第447頁 図2の説明の訳文)
「図3:AlSi金属層形成及び450℃アニーリング後のボロン注入S/D領域へのコンタクトのTEM断面写真」(第448頁 図3の説明の訳文)

(c)刊行物3:K. Suguro et al.,“High Aspect Ratio Hole Filling with CVD Tungsten for Multi-level Interconnection”, Extended Abstracts of the 18th (1986 International) Conference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS, pp.503-506 (請求人が提出した甲第3号証)
本件特許の優先権主張日前に日本国内において頒布された刊行物3には、以下の事項が記載されている。
「加熱したサセプタのあるLPCVD[低圧CVD]コールドウォールリアクタ中で、選択的及び非選択的にタングステンまたはタングステンシリサイドを堆積した。サンプルは装置に配置する前の最後に1%のHF溶液に浸した。下記のような4種類の反応を行なった。
2WF_(6) + 3Si → 2W + 3SiF_(4) (1)
2WF_(6) + 3H_(2) → 2W + 6HF (2)
WF_(6) + 3/2SiH_(4) → W + 3/2SiF_(4) + H_(2) (3)
WF_(6) + 2SiH_(4) → WSi_(2 )+ 6HF + H_(2) (4)
堆積はすべて360?500℃の基板温度で行った。充填のプロセスは図1に示してある。最初にLPCVDでポリシリコンを堆積し、RIEでエッチバックを行うことにより深いホールの内部に300?1000Åのポリシリコンの側壁を形成した。二番目に、反応(1)により500Åのタングステンを選択的に堆積した。三番目に、密着性を上げるために反応(4)により700?800ÅのW-Si合金を堆積した。最後に反応(2)又は(3)により約1μmのブランケットタングステンを成膜した。・・・
高温でのアニールができるように、タングステンとシリコンの間に反応障壁層としてTiN/TiSi_(2)を形成した。」(第503頁左欄第23行?同頁右欄第22行の訳文)
「タングステンは650℃以上ではシリコンと反応してタングステンシリサイドを生成することが知られている。タングステンシリサイドの生成を抑えるために、タングステンとシリコンの間にTiN/TiSi_(2)障壁層を入れた。窒化による自由エネルギーの減少はタングステンよりもチタンの方が大きいので、W/TiN界面は安定となる。」(第504頁左欄第27?32行の訳文)
「障壁層を用いた時の反応速度はW/Si系の速度よりも2?2.5桁低い。図8は、900℃で30分アニールした後のW、Ti、Si及びBのSIMS[二次イオン質量分析法]による深度プロフィールを示してある。タングステン層にはシリコン原子は見られなく、タングステンのシリサイド生成が起こっていないことを意味している。ボロンの外への拡散も又TiN層によって抑制されている。アニール後のシリコン表面のボロン濃度0.9?1.0×10^(20)cm^(-3)は変化していなかった。
図9には、接触抵抗のアニール温度依存性が示してある。反応障壁がない場合には、WとSi間の接触抵抗は800℃以上で突然上昇しており、これは高度にドープされたシリコン層の急速な消耗による。TiN/TiSi_(2)層を使用することにより、シリコン輸送は抑制されており、900℃、30分のアニールによっても、接触抵抗は1×10^(-5)Ωcm^(2)以下の値が得られた。」(第505頁左欄第23?32行の訳文)

(d)刊行物4:Suresh Sachdev and Sunil D. Mehta, “TUNGSTEN INTERCONNECTS IN VLSI”, Tungsten and Other Refractory Metals for VLSI Applications, 1986年発行 (1985 Materials Research Society), pp.161-171 (請求人が提出した甲第4号証)
本件特許の優先権主張日前に外国において頒布された刊行物4には、図1及び図2とともに以下の事項が記載されている。
「ブランケットタングステンは、スパッタされたアルミニウムおよびアルミニウム合金に代わる適切なるVLSI配線である。ブランケットの抵抗率は、8?12μΩcmの範囲(使用されるスキーム[成膜条件]による)であり、それはアルミニウムの抵抗率の3?4倍である。CVDタングステンは、コンフォーマルなステップ・カバレッジ(均一な段差被覆性)という利点を有しており、その結果、1μのタングステン膜を用いて異方性エッチングで形成された1μ×1μのコンタクトを完全に充填する。サンプル・シミュレーションによれば、これらのコンタクト形状においては、スパッタされたAlSiのステップ・カバレッジが非常に劣っており、一方CVDタングステンの場合はコンタクトの完全な平坦性が達成されている(図1参照)。この点は、ブランケットCVDタングステンを使うことによって、1.2μ×1.2μのコンタクトを平坦化した図2のSEM写真にも示されている。」(第161頁下から第15?5行の訳文)
「他の方法は、コールドウォールリアクタを用いてブランケットタングステンを堆積する。1200?1800ÅのWSi_(x)の接着性薄膜がタングステンの酸化物に対する接着性を高めるために使用される。・・・これらの堆積は全てコールドウォールGenus8402型CVDシステムによって行われた。」(第165頁第18?23行の訳文)

(e)刊行物5:特開昭61-51917号公報(請求人が提出した甲第5号証)
本件特許の優先権主張日前に日本国内において頒布された刊行物5には、第2図(a)?(f)とともに以下の事項が記載されている。
「本発明は半導体装置の製造方法に係り、特にシリコン基板面のコンタクトホールに形成する接続配線に関する。」(第1頁左下欄第11?13行)
「近年、半導体集積回路のパターンの緻密化に伴い、コンタクトホールの形状が微小になり、このコンタクトホールの底部にある導電性基板からの接続配線として、通常アルミニウムの配線がなされているが、このアルミニウムがコンタクトホールに完全に充填されないため、接続配線が不完全になる恐れがあり、これに関する改善が要望されている。」(第1頁左下欄第15行?同頁右下欄第2行)
「第2図(a)はシリコン基板10の表面に形成されたnの拡散層11と、このnの拡散層11とP-N接続されるp^(+)の拡散層12があり、又同一基板上に、n^(+)の拡散層13があり、フィールド酸化物14があって、絶縁物である燐珪酸ガラス(PSG)15がそれぞれの領域を絶縁しており、ゲート酸化膜16の上にはポリシリコンゲート17が形成され、コンタクトホール18があるものとする。
第2図(b)は、このシリコン基板面に白金又はパラジウムの金属膜19を形成したものであり、第2図(c)はこの白金又はパラジュームの膜を形成したシリコン基板を熱処理してコンタクトホール18の底部に白金シリサイド又はパラジウムシリサイド等のシリサイド膜20を形成する。
PSG15の表面の白金又はパラジュームの膜はシリコンが無いのでシリサイドは形成されない。
第2図(d)はPSG15の表面の白金又はパラジュームの膜をエッチングによって除去した状態であり、第2図(e)はこのコンタクトホールの部分のみにタングステン21を選択的にCVD方法により、コンタクトホールの深さが埋まる程度の厚みで埋め込み行ったものである。」(第2頁左下欄第3行?同頁右下欄第4行)
「第2図(f)はアルミニウムの配線22を行ったものである。」(第2頁右下欄第10?11行)

(f)刊行物6:特開昭61-248442号公報(請求人が提出した甲第6号証)
本件特許の優先権主張日前に日本国内において頒布された刊行物6には、第1図、第2図及び第3図とともに以下の事項が記載されている。
「本発明は半導体素子用の電極配線に係り、特に微小接続孔を有する半導体素子に好適な電極配線に関する。」(第1頁左下欄第13?15行)
「第2図に示すようにSi基板1の表面に酸化膜6,拡散層2を形成した後、絶縁膜層3を形成し、パターンニングしたフオトレジスト層4をマスクとして、絶縁膜層3に接続孔7をエツチングにより開孔させた。フオトレジストパターン4を残したまま、基板上にTi膜を電子ビーム加熱蒸着法により30nm厚被着させ、リフトオフ法により、レジスト上のTi膜を除去して、接続孔7の内部にのみTi膜5′を残した。この基板にWをCVD法により選択的に被着させ接続孔7の内部にのみW層8を形成した後、Al層9を設けた(第1図)。」(第1頁右下欄第18行?第2頁左上欄第8行)
「第4図は電極部にTiSi層11を設けたものであるが、上記と全く同様にして、W層8を形成することができた。」(第2頁右上欄第7?9行)
なお、TiSi層11を形成した本発明の実施例を記載した図面は、第3図のみであるから、上記「第4図」は「第3図」の明らかな誤記であって、第3図には、Si基板1に高濃度拡散層2を形成し、高濃度拡散層2の上面に接してTiSi層11を形成し、TiSi層11上に形成された絶縁膜3の接続孔のTiSi層11に接する面と接続孔の内部に形成されたTi蒸着膜5′と、Ti蒸着膜5′に接して接続孔に埋め込まれたCVDW層8とCVDW層8に接続されたAl配線層9が記載されている。

第7.対比・判断
7-1.本件特許発明1について
本件特許発明1と刊行物発明1-1とを対比する。
(ア)本件特許発明1は、「安定な低抵抗コンタクト」に関するものであるが、本件特許明細書には、「安定」及び「低抵抗」を、例えば抵抗値等を用いて定義した記載はない。そうすると、本件特許発明1における「安定」及び「低抵抗」は、具体的に安定性及び抵抗値が特定されるようなものではなく、コンタクトとして十分実用に供することができるだけの安定性及び抵抗値を有するという程度の、単なるコンタクトの特性を表したものと理解せざるを得ない。
一方、刊行物1によれば、刊行物発明1-1は「低抵抗であってかつ、信頼性の高いオーミックコンタクトを形成する」(第3頁右上欄第10?12行)ものであるから、刊行物発明1-1によって形成されたコンタクトも、十分に実用に供することができる程度の安定性及び抵抗値を有するものと認められる。
よって、刊行物発明1-1の「低抵抗であってかつ、信頼性の高いオーミックコンタクト」は、本件特許発明1の「安定な低抵抗コンタクト」に相当する。
(イ)刊行物発明1-1の「P型シリコン基板」、「酸化シリコンの絶縁膜」は、それぞれ本件特許発明1の「半導体」、「少なくとも1つの絶縁層」に相当する。
(ウ)刊行物発明1-1の「前記シリコン基板に砒素をイオン注入されたN^(+)型シリコン拡散層」は、シリコン基板に砒素をドープすることにより設けられた領域であることは明らかであるから、刊行物発明1-1の「N^(+)型シリコン拡散層」は、本件特許発明1の「ドープされた領域」に相当する。
(エ)本件特許明細書の「コンタクトホール16(すなわちバイア)は、パターン化されかつドープされた領域およびポリシリコンゲートまで下方にエッチングされる。」(本件特許公報第7頁左欄第35?37行)及び第1C図の記載から、「コンタクトホール」は、「絶縁層」に形成されていると認められ、一方、刊行物発明1-1の「コンタクト用の窓」は、刊行物1の第6図の記載から、「N^(+)型シリコン拡散層」の選択された領域の部分を露出し、かつ、「絶縁膜」の壁によって規定されることは明らかである。
したがって、刊行物発明1-1の「コンタクト用の窓」は、本件特許発明1の「コンタクトホール」に相当する。
(オ)刊行物発明1-1の「チタン膜」は、刊行物1の第7図の記載から、「チタン膜」の下にある「N^(+)型シリコン拡散層」に接触して、「絶縁膜」の壁に沿ったところを含む、少なくとも「コンタクト用の窓」に形成されることは明らかである。
また、刊行物1には、「そこで、本発明は、自然酸化膜の除去およびシリコン拡散層と窒化チタン膜との密着性の向上に着目してなされたもので障壁金属の形成に先立ち、金属膜を形成し、続いて、障壁金属としての窒化金属膜を形成するようにしている。」(第3頁左上欄第4?8行)と記載されている。
一方、本件特許明細書には、「この発明に従って、チタンの薄い層18は、コンタクトホール16に形成され、次の層が、下にあるドープされた領域および/またはポリシリコンに良好に粘着しかつ良好に電気的に接触することを保証する。次にバリヤ材料からなる幾分厚い層20は、粘着及び接触層18上を覆って形成される。」(本件特許公報第7頁左欄第47行?同頁右欄第2行)、「適当なバリヤ材料の例は、・・・窒化チタン・・・を含む。」(同第7頁右欄第17?22行)と記載されており、両者は同様の層構造となっているから、刊行物発明1-1の「チタン膜」は、次の層である「窒化チタン膜」が、「チタン膜」の下にある「N^(+)型シリコン拡散層」に良好に粘着しかつ良好に電気的に接触することを保証することは明らかである。
よって、刊行物発明1-1の「チタン膜」は、本件特許発明1の「チタンの粘着および接触層」に相当し、また、刊行物発明1-1の「酸化シリコンの絶縁膜を介してかつ前記N^(+)型シリコン拡散層の前記コンタクト用の窓に露出する部分と接して、前記コンタクト用の窓の側壁にそって形成されたチタン膜」は、本件特許発明1の「前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層」に相当する。
(カ)刊行物1には、「このような問題を解決する技術として、前記N^(+)型シリコン拡散層2とアルミニウム電極5との間に前述の如き界面反応が発生するのを防止するため、障壁金属(バリヤ-メタル)を形成する方法が注目されている。 この1例として、窒化チタン(TiN)膜を障壁金属として用いた場合の電極形成方法を第11図(a)から(c)に示す。」(第2頁右上欄第14行?同頁左下欄第1行)と記載されているから、刊行物発明1-1の「窒化チタン膜」が、バリヤ層として機能することは明らかである。
また、刊行物発明1-1の「窒化チタン膜」は、刊行物1の第8図の記載から、「チタン膜」に接触して、「絶縁膜」の壁に沿ったところを含む、少なくとも「コンタクト用の窓」に形成されることは明らかである。
よって、刊行物発明1-1の「窒化チタン膜」は、本件特許発明1の「窒化チタンを含む」「バリヤ層」に相当する。
(キ)刊行物1の第5図には、刊行物発明1-1の「アルミニウム膜」が、コンタクト用の窓を実質的に充填することが示唆されており、また、同第5図の記載から、刊行物発明1-1の「アルミニウム膜」は、窒化チタン膜に接触していることは明らかであるから、刊行物発明1-1の「前記窒化チタン膜を含めた前記P型シリコン基板表面全体に蒸着法によって形成されたアルミニウム膜」のうち、コンタクト用の窓を実質的に充填する部分は、本件特許発明1の「前記バリヤ層上を覆って形成されかつ少なくとも実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料」に相当する。

したがって、両者は、
「半導体表面上に、前記半導体表面のドープされた領域の部分まで形成される少なくとも1つの絶縁層を介して、コンタクトホールに形成される安定な低抵抗コンタクトであって、
(a)前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層と、
(b)前記粘着および接触層上を覆って形成されるバリヤ層、および
(c)前記バリヤ層上を覆って形成されかつ少なくとも実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料を含み、
前記バリヤ層は、窒化チタンを含むバリヤ層である、コンタクト。」の点で一致し、以下の各点で相違する。

(相違点1)
本件特許発明1が、「(d)前記導電材料からなるコンタクトプラグは、前記コンタクトホール内にのみ形成されるとともに前記コンタクトプラグに接触するパターニングされた導電配線とは異なる材料からな」り、「前記導電材料は、タングステン、モリブデンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択され」、「前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する」のに対して、刊行物発明1-1は、「前記窒化チタン膜を含めた前記P型シリコン基板表面全体に蒸着法により形成されたアルミニウム膜」を備えている点。
(相違点2)
本件特許発明1が、「前記バリヤ層」は、「浸食およびウォームホールのバリヤ層であ」るのに対して、刊行物発明1-1は、窒化チタン膜が上記作用・効果を奏するか否か明らかでない点。
(相違点3)
本件特許発明1が、「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ」るのに対して、刊行物発明1-1は、上記構成を備えるか否か明らかでない点。

以下各相違点について検討する。
(相違点1について)
刊行物5(第1頁左下欄第15行?同頁右下欄第2行参照)には、コンタクトホールの形状が微小になると、アルミニウムの配線は、コンタクトホールに完全に充填されないため、接続配線が不完全になる恐れがあることが記載されており、また、刊行物4には、「ブランケットタングステンは、スパッタされたアルミニウムおよびアルミニウム合金に代わる適切なるVLSI配線である。・・・CVDタングステンは、コンフォーマルなステップ・カバレッジ(均一な段差被覆性)という利点を有しており、その結果、1μのタングステン膜を用いて異方性エッチングで形成された1μ×1μのコンタクトを完全に充填する。サンプル・シミュレーションによれば、これらのコンタクト形状においては、スパッタされたAlSiのステップ・カバレッジが非常に劣っており、一方CVDタングステンの場合はコンタクトの完全な平坦性が達成されている(図1参照)。この点は、ブランケットCVDタングステンを使うことによって、1.2μ×1.2μのコンタクトを平坦化した図2のSEM写真にも示されている」(第161頁下から第15?5行の訳文参照)との記載があって、アルミニウム系統の金属材料による電極において、径1μm、アスペクト比1のコンタクトのステップカバレッジが非常に劣っていること、これに対し、アルミニウム電極をCVDタングステンに置き換えた場合には、ステップカバレッジの点において優れたものとなることが示されている。
これらの記載によれば、本件特許発明の優先権主張日(1987年(昭和62年)2月19日)当時、アルミニウム系統の電極の配線技術において、コンタクトの径が微小となり、アスペクト比が大きくなると、ステップカバレッジが悪化することは、周知の技術課題であったものと認めることができ、当業者が、上記周知の技術課題を前提として刊行物1に接すれば、刊行物発明1-1が、ステップカバレッジの悪化という課題を内在するものと認識することができたと言え、刊行物4に、アルミニウム系統の電極をCVDタングステンに置き換えた場合にステップカバレッジの点において優れたものとなることが示されていることを勘案すれば、「ステップカバレッジを良くする」ことを動機付けとして、刊行物発明1-1のアルミニウム膜をタングステンに置き換えようとすることは、当業者が直ちに想到し得ることである。
そして、刊行物2には、「H_(2)によるWF_(6)の還元によって形成されるCVDタングステン膜は、低い堆積温度、コンフォーマルなステップカバレッジ(均一な段差被覆性)、低いコンタクト抵抗および高いエレクトロマイグレーションの安定性という非常に適した特性を有し、最も期待されているプロセスである。非選択的なW(タングステン)堆積およびエッチバックによるW(タングステン)プラグをコンタクトホールに充填することができる。この非選択方法は、タングステンを選択的に堆積させる場合のような浸食効果やウォームホールに関連する問題が何もないことが示された。」(第443頁第18?25行の訳文)、「優れた流動性を有し、ステップアングルが45°以上の非常に高い平坦化を提供するBPSG(4%B、4%P)によって素子分離酸化物が形成された。側壁の角度が約85°の異方性のコンタクトが開口された。・・・WSi_(x)(X≧2.2)およびWの二重層が、450℃のコールドウォールLPCVDリアクタ中で次の化学反応で堆積された。
WF_(6)+2.5SiH_(4) → WSi_(2.5)+6HF+2H_(2) (1)
および WF_(6)+ 3H_(2) → W +6HF. (2)
WSi_(x)の厚さは1000Åであり、Wは8000Åであった。
・・・W/WSi_(x)のエッチバックは、マグネトロンシステムにおけるSF_(6)/O_(2)プラズマ方法によって行われた。・・・ エッチバックした後のタングステンプラグの形状は図1bに示されている。AlSiがスパッタされる前にW表面から酸化膜を洗浄する様々な工程が行われた。」(第443頁第29行?第444頁第17行の訳文)、「WSi_(x)/W堆積とエッチバックによるコンタクト充填工程は、平坦化構造のために非常に適切なものである。WSi_(x)は、インターフェース構造として非常に優れたものであり、SiとWの低い接続抵抗は、Alスパイクを防ぐための拡散バリヤとして作用する。」(第445頁第22?26行の訳文)と記載され、また、刊行物4には、「ブランケットタングステンは、スパッタされたアルミニウムおよびアルミニウム合金に代わる適切なるVLSI配線である。・・・CVDタングステンは、コンフォーマルなステップ・カバレッジ(均一な段差被覆性)という利点を有しており、その結果、1μのタングステン膜を用いて異方性エッチングで形成された1μ×1μのコンタクトを完全に充填する。・・・CVDタングステンの場合はコンタクトの完全な平坦性が達成されている(図1参照)。この点は、ブランケットCVDタングステンを使うことによって、1.2μ×1.2μのコンタクトを平坦化した図2のSEM写真にも示されている。」(第161頁下から第15?5行の訳文)、及び、「他の方法は、コールドウォールリアクタを用いてブランケットタングステンを堆積する。1200?1800ÅのWSi_(x)の接着性薄膜がタングステンの酸化物に対する接着性を高めるために使用される。・・・これらの堆積は全てコールドウォールGenus8402型CVDシステムによって行われた。」(第165頁第18?23行の訳文)と記載されており、基板上の絶縁膜に形成したコンタクトホールをCVDによるWSix層とCVDタングステン層の積層構造により充填することは、タングステンによる充填法を更に改良するものとして公知の技術である。
なお、当業者が、刊行物発明1-1のアルミニウム膜をCVDタングステン或いはWSix層とCVDタングステン層の積層構造に置き換えることを検討した場合には、窒化チタン膜までが形成された上にCVDタングステン或いはWSix層とCVDタングステン層の積層構造を形成することが最初の検討対象となるはずであり、仮に、チタン膜や窒化チタン膜を残した上でCVDタングステン或いはWSix層とCVDタングステン層の積層構造を形成することに何らかの不都合がある等として、チタン膜や窒化チタン膜を除去することを検討するのは、次位以下の検討事項であるが、チタン膜や窒化チタン膜を除去する理由(チタン膜や窒化チタン膜を残した場合の不都合等)の有無についても一応検討する。
刊行物1に記載の発明において、コンタクトの径(1辺の寸法)が1.0?2.0μmであることは、刊行物1の第9図及びその説明から明らかであり、刊行物1(第4頁左上欄第16?17行)には、その実施例2に係るチタン膜の膜厚が100Åであることが記載されている。そうすると上記刊行物4の図1(A)に記載の「AL-1%SI」の場合と比較しても、刊行物発明1-1のチタン膜の膜厚は、コンタクトの径に対して十分に薄く、ステップカバレッジの悪化を生じさせないものと認められるから、これがスパッタリングによって形成されているからといってチタン膜を除去する理由になるということはできない。
次に、窒化チタン膜について、特に、窒化チタン膜上にWSix層とCVDタングステン層の積層構造を形成することについて検討すると、刊行物1の窒化チタン膜35は、「窒化チタン膜は熱的および化学的安定性を維持することができる」(第2頁右下欄第16?17行)及び「本発明によれば、微細で浅いPN接合をもつ半導体領域に対しても、障壁金属の存在によって、電極と半導体領域との界面反応が抑制され、また電極形成後の熱処理による接合破壊を確実に防止することができる」(第3頁右上欄第6?10行)という記載によれば、熱的および化学的に安定であり、電極と半導体領域との界面反応や熱処理による接合破壊を防止する効果を有するものである。よって、当業者は、刊行物発明1-1のアルミニウム膜をWSix層とタングステン層の2層構造に置換することを検討した場合に、窒化チタン膜35のこれらの効果を期待して、窒化チタン膜35上に、WSix層を形成する構成を容易に想到するものと認められる。
また、刊行物3(第503頁左欄第23行?同頁右欄第6行の訳文参照)には、半導体装置のホールを充填する製造工程において、タングステンをCVD反応によってブランケット析出させる際に、タングステンとシリコンの間に反応障壁層として、TiN/TiSi_(2)を形成することが記載されており、この反応障壁層は、タングステンシリサイドの生成を抑えるために設けられたものであるが、刊行物3の「ボロンの外への拡散も又TiN層によって抑制されている」(第505頁左欄第29?30行)という記載によれば、窒化チタン膜は、シリコン拡散層中のドーパントであるボロンの拡散を抑制する機能も有しているのであるから、当業者は、刊行物発明1-1のアルミニウム膜をWSix層とタングステン層の2層構造に置換することを検討した場合に、ドーパントの拡散を抑制するという窒化チタン膜35の機能を期待して、窒化チタン膜35上に、WSix層を形成する構成を容易に想到するものと認められる。更に付言すれば、刊行物3において、反応障壁層によってタングステンシリサイドの生成を抑えたのは、コンタクト構造にタングステンシリサイドを適用することそれ自体を否定するものではなく、予定していないタングステンシリサイドが生成されることにより、拡散層中のシリコンがタングステンに移動して、高ドープシリコン層が消費され、接触抵抗が上昇することを防止するものであるから、刊行物3のTiN層の機能は、窒化チタン膜上にタングステンシリサイドを生成させることを阻害するものではない。
よって、アルミニウム膜をWSix層とCVDタングステン層の積層構造に置き換えることを検討した場合に、チタン膜及び窒化チタン膜を除去する理由を見出すことはできない。
したがって、刊行物発明1-1において、コンタクト用電極および配線層のステップカバレッジを良くするために、窒化チタン膜上に蒸着法によって形成するアルミニウム膜に代えて、窒化チタン膜上にCVD反応によってブランケット析出したWSix層とタングステン層の2層構造を採用すること、即ち、本件特許発明1のごとく、「前記導電材料は、タングステン、モリブデンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択され」、「前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する」ようにすることは、当業者であれば容易になし得ることである。
さらに、刊行物6には、「本発明は半導体素子用の電極配線に係り、特に微小接続孔を有する半導体素子に好適な電極配線に関する。」(第1頁左下欄第13?15行)、及び、「第2図に示すようにSi基板1の表面に酸化膜6,拡散層2を形成した後、絶縁膜層3を形成し、・・・絶縁膜層3に接続孔7をエツチングにより開孔させた。・・・接続孔7の内部にのみTi膜5′を残した。この基板にWをCVD法により選択的に被着させ接続孔7の内部にのみW層8を形成した後、Al層9を設けた(第1図)。」(第1頁右下欄第18行?第2頁左上欄第8行)と記載され、刊行物5には、「本発明は半導体装置の製造方法に係り、特にシリコン基板面のコンタクトホールに形成する接続配線に関する。」(第1頁左下欄第11?13行)、「第2図(a)はシリコン基板10の表面に形成されたnの拡散層11と、このnの拡散層11とP-N接続されるp^(+)の拡散層12があり、又同一基板上に、n^(+)の拡散層13があり、フィールド酸化物14があって、絶縁物である燐珪酸ガラス(PSG)15がそれぞれの領域を絶縁しており、ゲート酸化膜16の上にはポリシリコンゲート17が形成され、コンタクトホール18があるものとする。・・・第2図(c)はこの白金又はパラジュームの膜を形成したシリコン基板を熱処理してコンタクトホール18の底部に白金シリサイド又はパラジウムシリサイド等のシリサイド膜20を形成する。・・・第2図(e)はこのコンタクトホールの部分のみにタングステン21を選択的にCVD方法により、コンタクトホールの深さが埋まる程度の厚みで埋め込み行ったものである。」(第2頁左下欄第3行?同頁右下欄第4行)、及び、「第2図(f)はアルミニウムの配線22を行ったものである。」(第2頁右下欄第10?11行)と記載されており、また、刊行物2には、図2及び図3として、「Wプラグで充填されたコンタクトホール上のAlSi配線」が開示されており、コンタクトホールのみにタングステン等の導電材料を充填してコンタクトプラグとするとともに、コンタクトホールに充填した導電材料と異なる導電材料により導電配線を形成することは従来より周知であるから、本件特許発明1の「(d)前記導電材料からなるコンタクトプラグは、前記コンタクトホール内にのみ形成されるとともに前記コンタクトプラグに接触するパターニングされた導電配線とは異なる材料からな」るものとすることは、コンタクトホール内の導電材料として上記のCVD反応によってブランケット析出したWSix層とタングステン層の2層構造を採用することに伴って、当業者が必要に応じて適宜なし得る設計的事項に過ぎない。

(相違点2について)
本件特許明細書には、「導電材料のプラグが、コンタクトを充填するために用いられてもよい。これがなされ得る方法の1つは、CVDによってコンタクト領域にタングステンを選択的に成長させることである。この方法に関連するいくつかの問題・・・酸化物/シリコン境界面での浸食および下にあるシリコンへのウォームホール損傷がある。」(本件特許公報第5頁右欄第33?44行)、「この発明の利点は、析出中に、CVDタングステンプラグ法の場合、浸食およびウォームホール発生の原因となる気体CVDタングステン種は、層18および20があるため下にあるシリコンと決して接触せず、それによってそのようないかなる損傷も防ぐ。これはこの発明の重要な技術上の利点である。」(本件特許公報第8頁左欄第20?25行)、「従来の選択タングステン法を越えるこの方法の利点は、タングステン析出反応は、下にあるシリコン10がバリヤ層20によって遮蔽されているので、シリコン10と直接接触して生じないということである。したがって、浸食およびウォームホールのような共通の問題は、接合部10がバリヤ層20によって保護されているので生じない。」(本件特許公報第8頁右欄第17?22行)と記載されており、本件特許発明1において、窒化チタンからなるバリヤ層を「浸食およびウォームホールのバリヤ層」とするために、格別の改良・改変を行うものではなく、タングステンの析出中に、浸食およびウォームホール発生の原因となる気体CVDタングステン種が、下にあるシリコンと接触をしない条件を満足すれば、「浸食およびウォームホールのバリヤ層」としての機能を有するものと認められる。
そして、本件特許明細書には、「バリヤ層20は、好ましくは約250ないし2,000Åの厚さに形成され、かつ反応性スパッタリング、CVD又は反応性アニールによって都合良く形成される。・・・約250Å以下の厚さのピンホールのないバリヤを形成するのは困難であり、かつ約2,000Å以上の厚さを使用しても、ほとんどそれ以上の保護とならない。」(本件特許公報第7頁右欄第28?37行)と記載されているから、この条件を満たす窒化チタンからなるバリヤ層は、タングステンの析出中に、浸食およびウォームホールの発生を防止できるものと認められる。
一方、刊行物1においては、本件特許発明1の「コンタクトホール」に相当する、シリコン基板上の酸化シリコン絶縁膜に形成した「コンタクト用の窓」にチタン膜および窒化チタン膜を介してアルミニウム膜を形成しており、窒素ガスを導入したスパッタリング(即ち、反応性スパッタリング)により、「第8図に示す如く膜厚1000Åの窒化チタン膜35を形成する。」(第4頁右上欄第3?4行)と記載されているから、刊行物発明1-1の窒化チタン膜は、本件特許発明1の窒化チタンと、ほぼ同等の構造・特性を有するものである。
したがって、刊行物発明1-1において、窒化チタン膜上に形成されるアルミニウム膜に代えて、CVDタングステン或いはWSix層とCVDタングステン層の積層構造を窒化チタン膜上に形成した構成において、窒化チタン膜が、浸食およびウォームホールの発生を防止でき、「浸食およびウォームホールのバリヤ層」となることは、当業者が容易に予測できることである。

(相違点3について)
本件特許発明1の構成である「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ」ることに関して、本件特許明細書には、「チタンの層18は、約100ないし800Åのオーダの厚さである。約100Å以下の厚さは、コンタクトホールの底部での十分なカバレッジを保証せず、一方約800Å以上の厚さは、チタンシリサイドが形成されるため接合から受入れ不可能な量のシリコンを消費することがあり、その結果接合漏れ電流が増加する。」(本件特許公報第7頁右欄第4?9行)及び「Ti/TiN法では、チタンが接合部と接触するTiSi_(x)コンタクトシリサイド化が実質的に得られるということに注目すべきである。」(本件特許公報第9頁左欄第28行?同頁右欄第1行)に記載されている。
一方、刊行物1には、「前記熱処理によってチタン膜が、N^(+)型シリコン拡散層と反応し、ケイ化チタンTiSi_(2)が形成される」(第4頁右下欄第4?6行)と記載されている。
したがって、刊行物発明1-1においても、「酸化シリコンの絶縁膜を介してかつ前記N+型シリコン拡散層の前記コンタクト用の窓に露出する部分と接して、前記コンタクト用の窓の側壁にそって形成されたチタン膜」と「N^(+)型シリコン拡散層」の接する面においても熱処理によりTiSi_(2)が形成されているから、相違点3は、実質的な相違点ではない。
仮に、相違点であるとしても、本件特許発明1において、Tiからなる粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド層を形成すること、即ち、「前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ」るものとすることは、当業者が、刊行物1に記載された発明に基づいて当業者が何ら困難性なくなし得たものである。

したがって、本件特許発明1は、刊行物1ないし6に記載された発明及び周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第29条第2項の規定に違反して特許されたものである。

7-2.本件特許発明2について
本件特許発明2と刊行物発明1-2とを対比する。
(ア)本件特許発明2は、「安定な低抵抗コンタクト作製する方法」に関するものであるが、本件特許明細書には、「安定」及び「低抵抗」を、例えば抵抗値等を用いて定義した記載はない。そうすると、本件特許発明2における「安定」及び「低抵抗」は、具体的に安定性及び抵抗値が特定されるようなものではなく、コンタクトとして十分実用に供することができるだけの安定性及び抵抗値を有するという程度の、単なるコンタクトの特性を表したものと理解せざるを得ない。
一方、刊行物1によれば、刊行物発明1-2は「低抵抗であってかつ、信頼性の高いオーミックコンタクトを形成する」(第3頁右上欄第10?12行)ものであるから、刊行物発明1-2によって形成されたコンタクトも、十分に実用に供することができる程度の安定性及び抵抗値を有するものと認められる。
よって、刊行物発明1-2の「低抵抗であってかつ、信頼性の高いオーミックコンタクト」は、本件特許発明2の「安定な低抵抗コンタクト」に相当する。
(イ)刊行物1には、「ところで集積回路の高速化と高集積化は素子の微細化によって実現される。」(第2頁左上欄第7?8行)と記載されているから、刊行物発明1-2の「半導体装置」が、「集積回路」に用いられることは明らかである。
よって、刊行物発明1-2の「半導体装置」は、本件特許発明2の「集積半導体回路」に相当する。
(ウ)刊行物発明1-2の「P型シリコン基板」、「酸化シリコンの絶縁膜」は、それぞれ本件特許発明2の「シリコン基板」、「二酸化シリコンの絶縁層」に相当する。
(エ)刊行物発明1-2の「P型シリコン基板に砒素をイオン注入することによって」形成された「N^(+)型シリコン拡散層」は、シリコン基板に砒素をドープすることにより設けられた領域であることは明らかであるから、刊行物発明1-2の「N^(+)型シリコン拡散層」は、本件特許発明2の「ドープされた領域」に相当し、また、刊行物発明1-2の「P型シリコン基板に砒素をイオン注入することによってN^(+)型シリコン拡散層を形成」することは、本件特許発明2の「シリコン基板にドープされた領域を設け」ることに相当する。
(オ)刊行物発明1-2の「酸化シリコンの絶縁膜」は、刊行物1の第6図の記載から、「N^(+)型シリコン拡散層」の周囲の基板も覆っていることは明らかである。
よって、刊行物発明1-2の「前記N^(+)型シリコン拡散層の全体表面を覆って酸化シリコンの絶縁膜を形成し」は、本件特許発明2の「周囲の基板の前記ドープされた領域上を覆って二酸化シリコンの絶縁層を形成し」に相当する。
(カ)本件特許明細書の「コンタクトホール16(すなわちバイア)は、パターン化されかつドープされた領域およびポリシリコンゲートまで下方にエッチングされる。」(本件特許公報第7頁左欄第35?37行)及び第1C図の記載から、「コンタクトホール」は、「二酸化シリコンの絶縁層」に形成されていると認められるから、本件特許発明2の「前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成」することは、「前記二酸化シリコンの絶縁層に実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成」することを意味するものである。
そして、刊行物発明1-2の「コンタクト用の窓」は、刊行物1の第6図の記載から、「N^(+)型シリコン拡散層」の選択された領域の部分を露出し、かつ、「絶縁膜」の壁によって規定されることは明らかである。
また、刊行物1の「N^(+)型シリコン拡散層32の表面全体に絶縁膜33として酸化シリコン膜を堆積し、これにフォトリソエッチング法により、コンタクト用の窓Wを穿孔する。」(第4頁左上欄第8?11行)及び第6図の記載から、刊行物発明1-2の「コンタクト用の窓」は、実質的に均一な大きさになっていると認められる。
よって、刊行物発明1-2の「コンタクト用の窓」は、本件特許発明2の「コンタクトホール」に相当し、また、刊行物発明1-2の「前記酸化シリコンの絶縁膜にコンタクト用の窓を穿孔し」は、本件特許発明2の「前記ドープされた領域の選択された領域に、その部分を露出するために、前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールは絶縁層の壁によって規定され」に相当する。
(キ)刊行物発明1-2の「チタン膜」は、刊行物1の第7図の記載から、「チタン膜」の下にある「N^(+)型シリコン拡散層」に接触して、「絶縁膜」の壁に沿ったところを含む、少なくとも「コンタクト用の窓」に形成されることは明らかである。
また、刊行物1には、「そこで、本発明は、自然酸化膜の除去およびシリコン拡散層と窒化チタン膜との密着性の向上に着目してなされたもので障壁金属の形成に先立ち、金属膜を形成し、続いて、障壁金属としての窒化金属膜を形成するようにしている。」(第3頁左上欄第4?8行)と記載されている。
一方、本件特許明細書には、「この発明に従って、チタンの薄い層18は、コンタクトホール16に形成され、次の層が、下にあるドープされた領域および/またはポリシリコンに良好に粘着しかつ良好に電気的に接触することを保証する。次にバリヤ材料からなる幾分厚い層20は、粘着及び接触層18上を被って形成される。」(本件特許公報第7頁左欄第47行?同頁右欄第2行)、「適当なバリヤ材料の例は、・・・窒化チタン・・・を含む。」(同第7頁右欄第17?22行)と記載されており、両者は同様の層構造となっているから、刊行物発明1-2の「チタン膜」は、次の層である「窒化チタン膜」が、「チタン膜」の下にある「N^(+)型シリコン拡散層」に良好に粘着しかつ良好に電気的に接触することを保証することは明らかである。
よって、刊行物発明1-2の「チタン膜」は、本件特許発明2の「チタンの粘着および接触層」に相当し、また、刊行物発明1-2の「前記P型シリコン基板表面全体にチタン膜をスパッタリングし、前記チタン膜は、前記コンタクト用の窓の底部だけでなく側壁にも形成されるとともに、」は、本件特許発明2の「下にあるドープされた領域に接触して、前記壁に沿ったところを含む、少なくとも前記ホールにチタンの粘着および接触層をスパッタリングし」に相当する。
(ク)刊行物1には、「このような問題を解決する技術として、前記N+型シリコン拡散層2とアルミニウム電極5との間に前述の如き界面反応が発生するのを防止するため、障壁金属(バリヤ-メタル)を形成する方法が注目されている。 この1例として、窒化チタン(TiN)膜を障壁金属として用いた場合の電極形成方法を第11図(a)?(c)に示す。」(第2頁右上欄第14行?同頁左下欄第1行)と記載されているから、刊行物発明1-2の「窒化チタン膜」が、バリヤ層として機能することは明らかである。
また、刊行物発明1-2の「窒化チタン膜」は、刊行物1の第8図の記載から、「チタン膜」に接触して、「絶縁膜」の壁に沿ったところを含む、少なくとも「コンタクト用の窓」に形成されることは明らかである。
よって、刊行物発明1-2の「窒化チタン膜」は、本件特許発明2の「窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含むバリヤ層」に相当し、また、刊行物発明1-2の「続いて、窒化チタン膜を形成し」は、本件特許発明2の「窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含むバリヤ層を、前記粘着および接触層と接触して前記コンタクトホールに形成し」に相当する。
(ケ)刊行物1の第5図には、刊行物発明1-2の「アルミニウム膜」が、コンタクト用の窓を実質的に充填することが示唆されており、また、同第5図の記載から、刊行物発明1-2の「アルミニウム膜」は、窒化チタン膜に接触していることは明らかであるから、刊行物発明1-2の「アルミニウム膜」のうち、コンタクト用の窓を実質的に充填する部分は、本件特許発明2の「コンタクトホールを実質的に充填しかつバリヤ層と接触する導電材料」に相当し、また、刊行物発明1-2の「更に、前記P型シリコン基板表面全体にアルミニウム膜を蒸着法によって形成」することは、本件特許発明2の「前記コンタクトホールを実質的に充填しかつ前記バリヤ層と接触する導電材料」「を形成」することに相当する。
(コ)刊行物発明1-2の「チタン膜」は、「スパッタリングにより形成され」ること、及び、刊行物1の第7図の記載から、「コンタクト用の窓」内を含む「酸化シリコンの絶縁膜」上の全面に析出されること、すなわち、ブランケット析出されることは明らかである。
また、刊行物発明1-2の「チタン膜」の膜厚「100Å」は、本件特許発明2の「チタン粘着および接触層」の膜厚「約100ないし800Å」と重複している。
よって、刊行物発明1-2の「前記チタン膜は、100Åの厚さにスパッタリングにより形成され」は、本件特許発明2の「前記チタン粘着および接着層は、約100ないし800Åの厚さにブランケット析出され」に相当する。
(サ)本件特許発明2には、「前記コンタクトプラグは、タングステンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される導電材料をCVDによって析出することによって形成され」と記載されているが、「コンタクトプラグ」については、本件特許発明2において、さらに、「前記コンタクトプラグは、導電材料として、CVDによって形成されたタングステンとWSixとを含み」とも記載されているから、「コンタクトプラグ」が、「ドープされたポリシリコンからなる」「導電材料をCVDによって析出することによって形成され」る構成は、本件特許発明2には含まれず、本件特許発明2は、実質的に、「前記コンタクトプラグは、タングステン」からなる「導電材料をCVDによって析出することによって形成され」る構成を備えるものである。

したがって、両者は、
「集積半導体回路に安定な低抵抗コンタクトを製作する方法であって、
(a)シリコン基板にドープされた領域を設け、
(b)周囲の基板の前記ドープされた領域上を覆って二酸化シリコンの絶縁層を形成し、
(c)前記ドープされた領域の選択された領域に、その部分を露出するために、前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールは前記絶縁層の壁によって規定され、
(d)下にあるドープされた領域に接触して、前記壁に沿ったところを含む、少なくとも前記ホールにチタンの粘着および接触層をスパッタリングし、前記粘着および接触層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、
(e)窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含むバリヤ層を、前記粘着および接触層と接触して前記コンタクトホールに形成し、前記バリヤ層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、かつ
(f)前記コンタクトホールを実質的に充填しかつ前記バリヤ層と接触する導電材料を形成し、
前記チタン粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さにブランケット析出され、前記バリヤ層は、コンタクトホールの底部だけでなく側壁にも形成される、方法。」の点で一致し、以下の点で相違する。

(相違点)
本件特許発明2が、「バリヤ層と接触する導電材料を含むコンタクトプラグを形成し、前記コンタクトプラグは、タングステン」からなる「導電材料をCVDによって析出することによって形成され」、かつ、「前記コンタクトプラグは、導電材料として、CVDによって形成されたタングステンとWSix層とを含み、前記WSix層が、前記バリヤ層と前記CVDタングステンの間に存在」しているのに対し、刊行物発明1-2は、「窒化チタン膜を形成し」、「更に、前記P型シリコン基板表面全体にアルミニウム膜を蒸着法によって形成」している点。

以下、上記相違点について検討する。
刊行物5(第1頁左下欄第15行?同頁右下欄第2行参照)には、コンタクトホールの形状が微小になると、アルミニウムの配線は、コンタクトホールに完全に充填されないため、接続配線が不完全になる恐れがあることが記載されており、また、刊行物4には、「ブランケットタングステンは、スパッタされたアルミニウムおよびアルミニウム合金に代わる適切なるVLSI配線である。・・・CVDタングステンは、コンフォーマルなステップ・カバレッジ(均一な段差被覆性)という利点を有しており、その結果、1μのタングステン膜を用いて異方性エッチングで形成された1μ×1μのコンタクトを完全に充填する。サンプル・シミュレーションによれば、これらのコンタクト形状においては、スパッタされたAlSiのステップ・カバレッジが非常に劣っており、一方CVDタングステンの場合はコンタクトの完全な平坦性が達成されている(図1参照)。この点は、ブランケットCVDタングステンを使うことによって、1.2μ×1.2μのコンタクトを平坦化した図2のSEM写真にも示されている」(第161頁下から第15?5行の訳文参照)との記載があって、アルミニウム系統の金属材料による電極において、径1μm、アスペクト比1のコンタクトのステップカバレッジが非常に劣っていること、これに対し、アルミニウム電極をCVDタングステンに置き換えた場合には、ステップカバレッジの点において優れたものとなることが示されている。
これらの記載によれば、本件特許発明の優先権主張日(1987年(昭和62年)2月19日)当時、アルミニウム系統の電極の配線技術において、コンタクトの径が微小となり、アスペクト比が大きくなると、ステップカバレッジが悪化することは、周知の技術課題であったものと認めることができ、当業者が、上記周知の技術課題を前提として刊行物1に接すれば、刊行物発明1-2が、ステップカバレッジの悪化という課題を内在するものと認識することができたと言え、刊行物4に、アルミニウム系統の電極をCVDタングステンに置き換えた場合にステップカバレッジの点において優れたものとなることが示されていることを勘案すれば、「ステップカバレッジを良くする」ことを動機付けとして、刊行物発明1-2のアルミニウム膜をタングステンに置き換えようとすることは、当業者が直ちに想到し得ることである。
そして、刊行物2には、「H_(2)によるWF_(6)の還元によって形成されるCVDタングステン膜は、低い堆積温度、コンフォーマルなステップカバレッジ(均一な段差被覆性)、低いコンタクト抵抗および高いエレクトロマイグレーションの安定性という非常に適した特性を有し、最も期待されているプロセスである。非選択的なW(タングステン)堆積およびエッチバックによるW(タングステン)プラグをコンタクトホールに充填することができる。この非選択方法は、タングステンを選択的に堆積させる場合のような浸食効果やウォームホールに関連する問題が何もないことが示された。」(第443頁第18?25行の訳文)、「優れた流動性を有し、ステップアングルが45°以上の非常に高い平坦化を提供するBPSG(4%B、4%P)によって素子分離酸化物が形成された。側壁の角度が約85°の異方性のコンタクトが開口された。・・・WSi_(x)(X≧2.2)およびWの二重層が、450℃のコールドウォールLPCVDリアクタ中で次の化学反応で堆積された。
WF_(6)+2.5SiH_(4) → WSi_(2.5)+6HF+2H_(2 )(1)
および WF_(6)+ 3H_(2) → W +6HF. (2)
WSi_(x)の厚さは1000Åであり、Wは8000Åであった。
・・・W/WSi_(x)のエッチバックは、マグネトロンシステムにおけるSF_(6)/O_(2)プラズマ方法によって行われた。・・・ エッチバックした後のタングステンプラグの形状は図1bに示されている。AlSiがスパッタされる前にW表面から酸化膜を洗浄する様々な工程が行われた。」(第443頁第27行?第444頁第17行の訳文)、「WSi_(x)/W堆積とエッチバックによるコンタクト充填工程は、平坦化構造のために非常に適切なものである。WSi_(x)は、インターフェース構造として非常に優れたものであり、SiとWの低い接続抵抗は、Alスパイクを防ぐための拡散バリヤとして作用する。」(第445頁第22?26行の訳文)と記載され、また、刊行物4には、「ブランケットタングステンは、スパッタされたアルミニウムおよびアルミニウム合金に代わる適切なるVLSI配線である。・・・CVDタングステンは、コンフォーマルなステップ・カバレッジ(均一な段差被覆性)という利点を有しており、その結果、1μのタングステン膜を用いて異方性エッチングで形成された1μ×1μのコンタクトを完全に充填する。・・・CVDタングステンの場合はコンタクトの完全な平坦性が達成されている(図1参照)。この点は、ブランケットCVDタングステンを使うことによって、1.2μ×1.2μのコンタクトを平坦化した図2のSEM写真にも示されている。」(第161頁下から第15?5行の訳文)、及び、「他の方法は、コールドウォールリアクタを用いてブランケットタングステンを堆積する。1200?1800ÅのWSi_(x)の接着性薄膜がタングステンの酸化物に対する接着性を高めるために使用される。・・・これらの堆積は全てコールドウォールGenus8402型CVDシステムによって行われた。」(第165頁第18?23行の訳文)と記載されており、基板上の絶縁膜に形成したコンタクトホールをCVDによるWSix層とCVDタングステン層の積層構造により充填することは、タングステンによる充填法を更に改良するものとして公知の技術である。
また、当業者が、刊行物発明1-2のアルミニウム膜をWSix層とCVDタングステン層の積層構造に置き換えることを検討した場合に、刊行物3のTiN層の機能は、窒化チタン膜上にタングステンシリサイドを生成させることを阻害するものではなく、チタン膜及び窒化チタン膜を除去する理由を見出すことができないことは、本件特許発明1の相違点1において検討したとおりである。
したがって、刊行物発明1-2において、コンタクト用電極および配線層のステップカバレッジを良くするために、窒化チタン膜上に蒸着法によって形成するアルミニウム膜に代えて、窒化チタン膜上にCVD反応によってブランケット析出したWSix層とタングステン層の2層構造を採用すること、即ち、本件特許発明2のごとく、「バリヤ層と接触する導電材料を含むコンタクトプラグを形成し、前記コンタクトプラグは、タングステン」からなる「導電材料をCVDによって析出することによって形成され」、かつ、「前記コンタクトプラグは、導電材料として、CVDによって形成されたタングステンとWSix層とを含み、前記WSix層が、前記バリヤ層と前記CVDタングステンの間に存在」するようにすることは、当業者であれば容易になし得ることである。

よって、本件特許発明2は、上記刊行物1ないし6に記載された発明及び周知技術に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許法第29条第2項の規定に違反して特許されたものである。

第8.むすび
以上のとおりであるから、本件請求項8及び36に係る発明についての特許は、特許法第29条第2項の規定に違反してされたものであり、特許法123条第1項第2号に該当し、無効とすべきものである。
審判に関する費用については、特許法169条第2項の規定で準用する民事訴訟法第61条の規定により、被請求人が負担すべきものとする。

よって、結論のとおり審決する。
 
発明の名称 (54)【発明の名称】
安定な低抵抗コンタクト
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】半導体表面上に、前記半導体表面のドープされた領域の部分まで形成される少なくとも1つの絶縁層を介して、コンタクトホールに形成される安定な低抵抗コンタクトであって、(a)前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層と、(b)前記粘着および接触層上を覆って形成されるバリヤ層、および(c)前記バリヤ層上を覆って形成されかつ少なくとも実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料を含み、(d)前記導電材料からなるコンタクトプラグは、前記コンタクトホール内にのみ形成されるとともに前記コンタクトプラグに接触するパターニングされた導電配線とは異なる材料からなる、コンタクト。
【請求項2】前記チタンの粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さを有する、請求項1記載のコンタクト。
【請求項3】前記バリヤ層は、タングステン、モリブデン、チタンタングステン、窒化チタン、窒化チタンタングステン、窒化タングステン、窒化モリブデン、クロム、クロム-酸化クロムおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含む、請求項1記載のコンタクト。
【請求項4】前記バリヤ層は、窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含む、請求項3記載のコンタクト。
【請求項5】前記バリヤ層は、本質的に窒化チタンからなる、請求項4記載のコンタクト。
【請求項6】前記バリヤ層は、約250ないし2,000Åの厚さを有する、請求項1記載のコンタクト。
【請求項7】前記導電材料は、タングステン、モリブデンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される、請求項1記載のコンタクト。
【請求項8】前記バリヤ層は、窒化チタンを含む浸食およびウォームホールのバリヤ層であり、前記粘着および接触層がシリコン基板のドープされた領域と接触するところにTiSixコンタクトシリサイド化が実質的に得られ、前記タングステン導電材料は、CVDによって形成され、前記バリヤ層上に形成される付加的なCVDタングステンシリサイド層上に位置する、請求項7記載のコンタクト。
【請求項9】前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層は、前記ドープされた領域のすべておよび前記側壁の大部分を覆い、かつ前記導電材料は、実質的に前記コンタクトホールを充填しかつそこに含まれる、請求項1記載のコンタクト。
【請求項10】半導体表面上に、前記半導体表面のドープされた領域の部分まで形成される少なくとも1つの絶縁層を介して、コンタクトホールに形成される安定な低抵抗コンタクトであって、(a)前記少なくとも1つの絶縁層を介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるチタンの粘着および接触層、(b)前記粘着および接触層上を覆って形成される窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステン、窒化硼素からなる群からなる選択される材料を含むバリヤ層、および(c)前記バリヤ層上に形成されかつ少なくとも実質的に前記コンタクトホールを充填する、その場的にドープされたポリシリコンならびにCVDまたはバイアススパッタリングされたタングステンおよびモリブデンからなる群から選択される導電材料を含む、コンタクト。
【請求項11】前記チタンの粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さを有するスパッタリングされたチタンを含む、請求項10記載のコンタクト。
【請求項12】前記バリヤ層は、本質的に、窒化チタンからなる、請求項10記載のコンタクト。
【請求項13】前記窒化チタンのバリヤ層は、約250ないし2,000Åの厚さを有するスパッタリングされたTiNを含む、請求項12記載のコンタクト。
【請求項14】前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層は、前記ドープされた領域のすべておよび前記側壁の大部分を覆い、かつ前記導電材料は、実質的に前記コンタクトホールを充填しかつそこに含まれる、請求項10記載のコンタクト。
【請求項15】シリコン表面上に、前記シリコン表面のドープされた領域の部分まで形成される二酸化シリコンの層を介して、コンタクトホールに形成される安定な低抵抗コンタクトであって、(a)前記二酸化シリコンを介してかつ前記ドープされた領域の前記部分と接触して、少なくとも前記コンタクトホールの壁に沿って形成されるスパッタリングされたチタンの粘着および接触層、(b)前記粘着および接触層上を覆って形成されるスパッタリングされた窒化チタンのバリヤ層、および(c)前記バリヤ層上を覆って形成されかつ少なくとも実質的に前記コンタクトホールを充填する、タングステンおよびその場的にドープされたポリシリコンからなる群から選択されるCVD導電材料を含む、コンタクト。
【請求項16】前記チタンの粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さを有する、請求項15記載のコンタクト。
【請求項17】前記窒化チタンのバリヤ層は、約250ないし2,000Åの厚さを有する、請求項15記載のコンタクト。
【請求項18】前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層は、前記ドープされた領域のすべておよび前記側壁の大部分を覆い、かつ前記導電材料は、実質的に前記コンタクトホールを充填しかつそこに含まれる、請求項15記載のコンタクト。
【請求項19】集積半導体回路に安定な低抵抗コンタクトを製作する方法であって、(a)半導体基板にドープされた領域を設け、(b)周囲の基板の前記ドープされた領域上を覆って少なくとも1つの絶縁層を形成し、(c)前記ドープされた領域の選択された領域に前記少なくとも1つの絶縁層を介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記ホールは前記絶縁層の壁によって規定され、(d)下にあるドープされた領域と接触して、前記壁に沿ったところを含む、少なくとも前記ホールにチタンの粘着および接触層を形成し、前記粘着および接触層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、(e)バリヤ層を前記粘着および接触層と接触して形成し、前記バリヤ層は前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、かつ(f)前記コンタクトホールを実質的に充填しかつ前記バリヤ層と接触する導電材料を含むコンタクトプラグを形成することを含み、(g)前記コンタクトプラグは、前記コンタクトホール内にのみ形成するとともに前記コンタクトプラグに接触するパターニングされた導電配線とは異なる材料によって形成する、方法。
【請求項20】前記チタンの粘着および接触層は、チタンターゲットからのスパッタリングによって析出される、請求項19記載の方法。
【請求項21】前記チタンの粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さに析出される、請求項19記載の方法。
【請求項22】前記バリヤ層は、スパッタリング、CVDまたは反応性アニーリングによって析出される、請求項19記載の方法。
【請求項23】前記バリヤ層は、タングステン、モリブデン、チタンタングステン、窒化チタン、窒化チタンタングステン、窒化タングステン、窒化5モリブデン、クロム、クロム-酸化クロム、および窒化硼素からなる群から選択される材料を含む、請求項19記載の方法。
【請求項24】前記バリヤ層は、窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含む、請求項23記載の方法。
【請求項25】前記バリヤ層は、本質的に窒化チタンからなる、請求項24記載の方法。
【請求項26】前記バリヤ層は、約250ないし2,000Åの厚さに析出される、請求項19記載の方法。
【請求項27】前記導電材料は、タングステン、モリブデンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される、請求項19記載の方法。
【請求項28】前記粘着および接触層、前記バリヤ層ならびに前記導電材料は、前記コンタクトホール内に含む前記絶縁層上にブランケット析出される、請求項19記載の方法。
【請求項29】(a)前記導電材料は、前記絶縁層上に前記バリヤ層を露出するためにエッチバックされるが、前記コンタクトホールを実質的に充填する前記導電層を残し、それによって前記コンタクトプラグを保持し、(b)金属層は、前記露出されたバリヤ層上に、かつ前記コンタクトプラグと電気的に接触して形成され、かつ(c)前記金属層および前記下にあるバリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層の部分を露出するためにパターン化されかつエッチングされ、配線領域を形成する前記金属層の規定されたパターンを残す、請求項28記載の方法。
【請求項30】前記金属層は、アルミニウムまたはその合金を含む、請求項29記載の方法。
【請求項31】前記導電材料はタングステンを含み、かつ前記導電材料および前記下にあるバリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層の部分を露出するためにパターン化されかつエッチングされ、配線領域を形成する前記導電材料および前記バリヤ層ならびに前記粘着および接触層の規定されたパターンを残し、前記配線領域は少なくとも部分的に前記コンタクトホールの上にある、請求項28記載の方法。
【請求項32】(a)前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層は、前記絶縁層上にかつ前記コンタクトホール内にブランケット析出され、(b)レジスト層は、前記コンタクトホールを実質的に完全に充填するのに十分、前記バリヤ層上にかつ前記コンタクトホール内にブランケット析出され、(c)前記レジストおよび前記バリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層を露出するためにブランケットエッチングされ、前記コンタクトホールにレジストのプラグを残しかつそれによって前記ドープされた領域の表面および少なくとも前記コンタクトホールの前記壁の部分に沿って前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層を保持し、かつ(d)レジストの前記プラグを前記コンタクトホールから除去する、請求項19記載の方法。
【請求項33】タングステンは、導電材料の前記コンタクトプラグを形成するためにのみ前記コンタクトホールに選択的に析出される、請求項32記載の方法。
【請求項34】ドープされたポリシリコンおよびタングステンからなる群から選択される導電材料は、前記コンタクトホールを実質的に完全に充填するのに十分ブランケット析出され、かつそれから前記コンタクト壁内に含まれかつ実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料の前記コンタクトプラグを残すためにブランケットエッチングされる、請求項32記載の方法。
【請求項35】集積半導体回路に安定な低抵抗コンタクトを製作する方法であって、(a)シリコン基板にドープされた領域を設け、(b)周囲の基板の前記ドープされた領域上を覆って二酸化シリコンの絶縁層を形成し、(c)前記ドープされた領域の選択された領域に、その部分を露出するために、前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールは前記絶縁層の壁によって規定され、(d)下にあるドープされた領域に接触して、前記壁に沿ったところを含む、少なくとも前記ホールにチタンの粘着および接触層をスパッタリングし、前記粘着および接触層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、(e)窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンおよび窒化硼素からなる群から選択される材料を含むバリヤ層を、前記粘着および接触層と接触して前記コンタクトホールに形成し、前記バリヤ層は、前記コンタクトホールを充填するのに不十分な厚さに形成され、かつ(f)前記コンタクトホールを実質的に充填しかつ前記バリヤ層と接触する導電材料を含むコンタクトプラグを形成し、前記コンタクトプラグは、タングステンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される導電材料をCVDによって析出することによって形成される、方法。
【請求項36】前記チタン粘着および接触層は、約100ないし800Åの厚さにブランケット析出され、前記バリヤ層は、コンタクトホールの底部だけでなく側壁にも形成され、前記コンタクトプラグは、導電材料として、CVDによって形成されたタングステンとWSix層とを含み、前記WSix層が、前記バリヤ層と前記CVDタングステンとの間に存在する、請求項35記載の方法。
【請求項37】前記バリヤ層は、本質的に、窒素を含む環境でチタンをスパッタリングすることによって形成される窒化チタンからなる、請求項35記載の方法。
【請求項38】前記バリヤ層は、スパッタリング、CVDまたは反応性アニーリングによって形成される、請求項35記載の方法。
【請求項39】前記バリヤ層は、約250ないし2,000Åの厚さに析出される、請求項35記載の方法。
【請求項40】前記粘着層、前記バリヤ層および前記導電材料は、前記コンタクトホール内を含む二酸化シリコンの前記層上にブランケット析出され、前記バリヤ層は、窒化チタンを含み、コンタクトホールの底部だけでなく側壁にも形成され、前記コンタクトプラグは、導電材料として、WF_(6)とH_(2)とのCVD反応によって形成されたタングステンを含む、請求項35記載の方法。
【請求項41】(a)前記導電材料は、前記絶縁層上の前記バリヤ層コーティングを露出するためにエッチバックされるが、前記コンタクトホールを実質的に充填する前記導電層を残し、それによって前記コンタクトプラグを保持し、(b)金属層は、前記露出されたバリヤ層上にかつ前記コンタクトプラグと電気的に接触して形成され、かつ(c)前記金属層および前記下にあるバリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層の部分を露出するためにパターン化されかつエッチングされ、配線領域を形成する前記金属層の規定されたパターンを残す、請求項40記載の方法。
【請求項42】前記金属層は、アルミニウムまたはその合金からなり、約2,000ないし10,000Åの厚さにスパッタ析出される、請求項41記載の方法。
【請求項43】前記導電材料はタングステンを含み、かつ前記導電材料および前記下にあるバリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層の部分を露出するためにパターン化されかつエッチングされ、配線領域を形成する前記導電材料および前記バリヤ層ならびに前記粘着および接触層の規定されたパターンを残し、前記配線領域は少なくとも部分的に前記コンタクトホールの上にある、請求項40記載の方法。
【請求項44】(a)前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層は、前記絶縁層上にかつ前記コンタクトホール内に析出され、(b)レジスト層は、前記コンタクトホールを実質的に完全に充填するのに十分前記バリヤ層上にかつ前記コンタクトホール内にブランケット析出され、(c)前記レジストおよび前記バリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層を露出するためにブランケットエッチングされ、前記コンタクトホールにレジストのプラグを残しかつそれによって前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層を前記ドープされた領域の表面および少なくとも前記コンタクトホールの前記壁の部分に沿って保持し、かつ(d)レジストの前記プラグを前記コンタクトホールから除去する、請求項35記載の方法。
【請求項45】タングステンは、導電材料の前記コンタクトプラグを形成するために、前記コンタクトホールにのみ選択的にCVD析出される、請求項44記載の方法。
【請求項46】前記タングステンプラグは、WF_(6)とH_(2)とのCVD反応によって選択的に形成される、請求項45記載の方法。
【請求項47】ドープされたポリシリコンおよびタングステンからなる群から選択される導電材料は、前記コンタクトホールを実質的に完全に充填するのに十分ブランケット析出され、かつそれから前記コンタクト壁内に含まれかつ実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料の前記コンタクトプラグを残すためにブランケットエッチングされる、請求項44記載の方法。
【請求項48】前記ドープされたポリシリコンは、その場的にドープされるポリシリコンである、請求項47記載の方法。
【請求項49】集積半導体回路に安定な低抵抗コンタクトを製作する方法であって、(a)シリコン基板にドープされた領域を設け、(b)周囲の基板の前記ドープされた領域上を覆って二酸化シリコンの絶縁層を形成し、(c)前記ドープされた領域の選択された領域に、その部分を露出するために、前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールは前記絶縁層の壁によって規定され、(d)下にある前記ドープされた領域に接触して、チタンの粘着および接触層を前記二酸化シリコン上を覆ってかつ前記コンタクトホールへブランケットスパッタリングし、前記粘着および接触層は、約100から800Åまでの厚さに形成され、(e)前記粘着および接触層に接触して、本質的に窒化チタンからなるバリヤ層をブランケットスパッタリングし、前記バリヤ層は、約250から2,000Åまでの厚さに形成され、かつ(f)実質的に前記コンタクトホールを充填しかつ前記バリヤ層と接触する導電材料を含むコンタクトプラグを形成し、前記導電材料は、タングステンおよびその場的にドープされたポリシリコンからなる群から選択される、方法。
【請求項50】(a)前記導電材料は、前記絶縁層上の前記バリヤ層を露出するためにエッチバックされるが、前記コンタクトホールを実質的に充填する前記導電材料を残し、それによって前記コンタクトプラグを保持し、(b)金属層は、前記露出されたバリヤ層上にかつ前記コンタクトプラグと電気的に接触して形成され、かつ(c)前記金属層および前記下にあるバリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層の部分を露出するためにパターン化されかつエッチングされ、配線領域を形成する前記金属層の規定されたパターンを残す、請求項49記載の方法。
【請求項51】前記金属層は、アルミニウムまたはその合金を含む、請求項50記載の方法。
【請求項52】前記導電材料はタングステンを含み、かつ前記導電材料および前記下にあるバリヤ層ならびに粘着および接触層は、前記絶縁層の部分を露出するためにパターン化されかつエッチングされ、配線領域を形成する前記導電材料および前記バリヤ層ならびに前記粘着および接触層の規定されたパターンを残し、前記配線領域は少なくとも部分的に前記コンタクトホールの上にある、請求項49記載の方法。
【請求項53】集積半導体回路に安定な低抵抗コンタクトを製作する方法であって、(a)シリコン基板にドープされた領域を設け、(b)前記ドープされた領域および周囲の前記シリコン基板上を覆って二酸化シリコンの絶縁層を形成し、(c)前記ドープされた領域の選択された領域に、その部分を露出するために、前記二酸化シリコンを介して実質的に均一な大きさのコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールは前記絶縁層の壁によって規定され、(d)下にあるドープされた領域と接触して、前記酸化物上を覆ってかつ前記ホールチタンの粘着および接触層をブランケットスパッタリングし、前記粘着および接触層は、約100から800Åまでの厚さに形成され、(e)前記粘着および接触層と接触して、本質的に窒化チタンからなるバリヤ層をブランケットスパッタリングし、前記バリヤ層は、約250から2,000Åまでの厚さに形成され、(f)前記コンタクトホール内を含む前記バリヤ層上に、前記コンタクトホールを実質的に完全に充填するのに十分レジスト層をブランケット析出し、(g)前記絶縁層を露出するために、前記レジスト層、前記バリヤ層ならびに前記粘着および接触層をブランケットエッチングし、前記コンタクトホールにレジストのプラグを残しかつそれによって前記ドープされた領域の表面および少なくとも前記コンタクトホールの前記壁の部分に沿って前記粘着および接触層ならびに前記バリヤ層を保持し、(h)前記レジストプラグを除去し、かつ(i)実質的に前記コンタクトホールを充填しかつ前記バリヤ層と接触するタングステンおよびドープされたポリシリコンからなる群から選択される導電材料を含むコンタクトプラグを形成する、方法。
【請求項54】前記レジストプラグは除去され、かつタングステンは、導電材料の前記コンタクトプラグを形成するためにのみ前記コンタクトホールに選択的に析出される、請求項53記載の方法。
【請求項55】前記レジストプラグは除去され、かつ前記導電材料は、前記コンタクトホールを実質的に完全に充填するのに十分ブランケット析出され、かつそれから前記コンタクトホール壁内に含まれかつ実質的に前記コンタクトホールを充填する導電材料の前記コンタクトプラグを残すためにブランケットエッチングされる、請求項53記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
この発明は、半導体装置の製作に関するものであり、より特定的に言えば、コンタクトホールにプラグを形成することによって配線金属のステップカバレッジを増すことに関するものである。スパッタリングと組合わせて気相成長(CVD)を用いることは、いずれかの技術だけに関連する欠点を排除する。
関連技術の説明
多レベル金属配線を使用する半導体装置の製作中、アルミニウム(Al)合金は、典型的に、ウェーハ上にスパッタリングされかつそれから配線としてパターン化される。これらの配線ラインは、「コンタクトホール」または「バイア」と呼ばれる絶縁層の孔を介して基板または他の金属層と接触する。
通常、金属のステップカバレッジは、これはコンタクトのいずれかの点での最小金属厚さの、誘電体層の頂部での金属厚さに対するパーセント比として一般に規定されているが、スパッタリングされたAl合金では約50%またはそれ以下である。コンタクトの形状、たとえば傾斜のある壁、または組合わされたウェットおよびドライエッチングによって得られる形状の或る修正は、ステップカバレッジを改良するのに役立つが、そのような修正はより大きな直径のコンタクトを生じ、その結果コンタクトピッチが増しかつコンタクト領域を覆うのにより広い金属ラインを必要とする。
よりつまった幾何学的配置を得るために、傾斜のない垂直な側壁のコンタクトを有するのが望ましい。垂直な壁の円筒状のコンタクト上のスパッタリングされたアルミニウムのステップカバレッジは、あいにく非常に悪く、かつしたがって配線は全体として非常に信頼性がない。
この問題を克服するために、導電材料のプラグが、コンタクトを充填するために用いられてもよい。これがなされ得る方法の1つは、CVDによってコンタクト領域にタングステンを選択的に成長させることである。この方法に関連するいくつかの問題、すなわち、イー・ケイ・ブロードベント(E.K.Broadbent)およびダブリュ・ティー・スタシー(W.T.Stacy)による「低圧CVDによる選択タングステン処理」,ソリッド・ステイト・テクロノジー(Solid State Technology),51-59頁(1985年12月)に記載されているように、酸化物/シリコン境界面での浸食および下にあるシリコンへのウォームホール損傷がある。
他の方法は、コンタクトホールのみにプラグを残すために、CVD法によってブランケットタングステンを析出することおよびそれをエッチバックすることである。タングステンは二酸化シリコンに対する粘着力が弱いので、タングステンシリサイドの粘着層は、酸化物とタングステン層との間で使用される。タングステンシリサイドの、ドープされた基板に対するコンタクト抵抗が弱く、それゆえに、フラッシュタングステン層は、タングステンシリサイド層の析出の前にコンタクト領域にのみ析出され、コンタクト抵抗を改良する。フラッシュタングステンの析出方法は、選択タングステンの析出方法に非常に類似している。このフラッシュタングステンは、それに関する、選択タングステン法と同じ問題、すなわち、浸食およびウォームホール損傷を有する。
プラグが実現され得る他の方法は、ウェーハ(コンタクトホール内を含む)を横切ってポリシリコンのブランケット層を析出し、かつそれからそれを酸化物表面まで平らにエッチバックし、コンタクトホールにポリシリコンプラグを残すことである。次に、これらのプラグは、ほぼドープされ、下にある半導体と接触することができる。CMOSおよびバイポーラ回路で用いるためのこの技術に関連する欠点の1つは、N^(+)領域およびP^(+)領域のいずれにも接触するために、一方のドーピング極性のコンタクトを他方の極性のコンタクトから分離して逆ドーピングを防ぐには少なくとも1つのマスキングステップが必要とされるということである。このマスキングステップは、工程上の複雑さを著しく増すことを意味する。他の欠点は、ドーパントはプラグの頂部から導入されかつプラグを介してずっと下方へ拡散しなければならないので、非常に高い(>15,000Å)プラグに非常に均一なドーパントの分布を達成するのが困難であり、そのためこれらのコンタクトの抵抗を非常に増すということである。
プラグ法の実現化のための最近の機構は、ワイドマン(Widmann)およびシガッシュ(Sigusch)の米国特許第4,562,640号の「集積半導体回路に低抵抗コンタクトを製造する方法」によって代表され得る。その参考文献では、特許権者らは、前に選択的に形成されたシリサイドと接触しているブランケット析出された等角のN^(+)ポリシリコンを含むプラグを示している。すべてのその後の処理が400℃以下で(または400℃以上の急速なレーザアニーリングを用いるだけで)行なわれる限りこの構造は機能すると主張されているが、この方法は2つの欠点を有する。
第1の欠点は、シリサイド接触層はその形成のためにいくつかの別個のステップを必要とするということである。第2の欠点は、この方法では、すべてのその後の処理は約400℃以下に制限されているということである。このため、低温(約300°ないし350℃)でのポリシリコンの析出を用いることに制限され、このポリシリコンは、より高い温度(約600°ないし650℃)の工程によって析出されるポリシリコンと比較して等角が劣る。この低温制限はまた、ポリシリコン層でのドーパントの活性化の程度を制限し、その結果より高いコンタクト抵抗を生じる。
特許権者らは、シリサイドとポリシリコンとの間にバリヤを加えることによってこの問題の解決法を提供しようと試みているが、示されるクロム/酸化クロムバリヤ溶液は、それがコンタクトホールにのみ残されるという点で選択的である。したがって、シリサイドコンタクトを作るには3つのステップが必要とされ、バリヤを作るには2つのステップが必要とされ、かつポリシリコンキャップを作るには2つのステップが必要とされる。この方法の複雑さに加えて、ポリシリコンドーパントは、450℃でもクロム/酸化クロムバリヤを介して拡散する。
したがって、以上の問題を、すべてではないとしてもほとんど避けるコンタクトプラグがなお必要とされている。
発明の概要
したがって、この発明の目的は、コンタクト領域にコンタクトプラグを設けることであり、フラッシュタングステンまたは選択タングステンの析出に関連する問題を明示していない。
この発明の他の目的は、配線の一体部分としてプラグ材料を用いることができるということである。
この発明のさらに他の目的は、付加的な層を用いて、アルミニウム配線のライン電子移動磁化率を減じることである。
この発明に従って、安定な低抵抗コンタクトは、半導体基板の表面上に形成される絶縁層を介して、その半導体表面のドープされた領域部分までエッチングされるコンタクトホールに形成される。コンタクトは、(a)絶縁層の壁に沿ってかつドープされた領域の部分と接触して形成されるチタンの粘着および接触層、(b)粘着および接触層上を覆って形成されるバリヤ層、および(c)そのバリヤ層上の覆って形成されかつ少なくとも実質的にそのコンタクトホールを充填する導電材料を含む。その後析出されかつパターン化された金属層は、他の素子および外部回路への配線を形成する。なお、上記導電材料からなるコンタクトプラグは、上記コンタクトホール内にのみ形成されるとともに上記コンタクトプラグに接触するパターニングされた導電配線(配線)とは異なる材料からなる。
この発明の方法では、粘着および接触層ならびにバリヤ層は、酸化物表面上へかつコンタクトホールへ析出される。いくつかの実施例が、導電材料のプラグを形成するために開示されており、その導電材料は、CVDまたはバイアススパッタリングされたタングステンまたはモリブデンあるいはその場的にドープされたCVDポリシリコンを含む。
この発明のコンタクトは、選択性に欠けること、酸化物-シリコン境界面での浸食および他のコンタクト機構に関連するウォームホールを避ける。さらに、コンタクトがあるため、もっと後の工程は、シリコンまたはドーパントがコンタクト境界面を横切る移動を配慮することなく、先行技術によって可能な温度より高い(400℃より高い)温度で起こり得る。
この発明の他の目的、特徴および利点は、次の詳細な説明および添付の図面を考慮するとより明らかとなるであろうが、図面全体を通じて同じ参照符号は同じ特徴を表わす。
この説明において参照される図面は、特に注目される場合を除いて一定の縮尺で描かれてはいないと理解すべきである。さらに、図面は、この発明に従って製作される集積回路の一部分のみを図解することを意図している。
発明の詳細な説明
この発明の特定の実施例を詳細に述べ、この発明を実行するために、発明者によって現在考えられるベツトモードを図解する。代わりの実施例もまた、応用可能なものとして簡単に説明する。
半導体集積回路の製作において、ドープされた領域10は、半導体基板12(ウェーハ)の主表面またはその上に形成されるエピタキシャル層(図示せず)に形成される。酸化物領域(図示せず)が、1つの素子を他の素子から分離するために形成されてもよい。
一旦素子が、マスキング、エッチング、ドーピング、酸化物形成などの種々のステップによって規定されてしまうと、金属配線を形成し、素子を互いに相互接続しかつ外部回路への導通経路を設ける必要がある。典型的に、そのような配線が形成される前に、第1の金属層への短絡を防ぐために、フィールド酸化物およびすべての下にある導電性領域、たとえばポリシリコンおよびソース/ドレイン領域を覆う誘電体材料が形成される。これは第1の層間誘電体と呼ばれ、第1の金属を下にあるポリシリコン配線から分離する。シリコンベース素子として、この材料は、通常、二酸化シリコン、おそらくはこの技術において使用される典型的な厚さに従来の方法によって形成されるリン、硼素/リンまたは砒素でドープされた二酸化シリコンを含む。
コンタクトホール16(すなわちバイア)は、パターン化されかつドープされた領域およびポリシリコンゲートまで下方にエッチングされる。導電材料、典型的にアルミニウムは、コンタクトホール内を含む至るところに析出される。次に、アルミニウム膜は、適切なコンタクトが個々の金属トレースによって接続されるような態様でパターン化される。
この発明は、第1の層間誘電体14が析出されている工程上の点で実現され、かつ垂直な壁のコンタクトホール16は、パターン化されかつ基板12およびそこに形成されるいずれかのポリシリコン層(図示せず)まで下方にエッチングされている。
この発明に従って、チタンの薄い層18は、コンタクトホール16に形成され、次の層が、下にあるドープされた領域および/またはポリシリコンに良好に粘着しかつ良好に電気的に接触することを保証する。次に、バリヤ材料からなる幾分厚い層20は、粘着および接触層18上を覆って形成される。最後に、導電材料22は、コンタクトホールを充填するために等角に析出される。
チタンの層18は、約100ないし800Åのオーダの厚さである。約100Å以下の厚さは、コンタクトホールの底部での十分なカバレッジを保証せず、一方約800Å以上の厚さは、チタンシリサイドが形成されるため接合から受入れ不可能な量のシリコンを消費することがあり、その結果接合漏れ電流が増加する。層18は、典型的な場合であるが、アルゴン環境でチタンターゲットからのスパッタリングによって都合良く析出される。
バリヤ層20は、導電性材料を含み、その導電性材料は、一般にシリコンをドープする際に使用される典型的なドーパント種(硼素およびリン)に対する拡散バリヤである。バリヤ層20はまた、シリコン拡散に対するバリヤである。
適当なバリヤ材料の例は、或る高融点金属ならびにその窒化物、硼化物、炭化物および酸化物、特定的にはタングステン、モリブデン、チタンタングステン、窒化チタン、窒化チタンタングステン、窒化タングステン、窒化モリブデンなど、ならびにクロム、クロム-酸化クロムおよび窒化硼素を含む。好ましくは、バリヤ材料は、その優れたバリヤ特性のため、窒化チタン、チタンタングステン、窒化チタンタングステンまたは窒化硼素を含む。TiNは、ドーパント種ならびにシリコン拡散に対する証明された拡散バリヤであるので、この発明の実施において最も好ましい材料である。
バリヤ層20は、好ましくは約250ないし2,000Åの厚さに形成され、かつ反応性スパッタリング、CVDまたは反応性アニールによって都合良く形成される。TiNのスパッタ析出は、アルゴン/窒素環境においてTiをスパッタリングすることによって達成される。TiNはまた、窒素環境においてチタンの析出に続いて反応性アニールによって形成され得る。約250Å以下の厚さのピンホールのないバリヤを形成するのは困難であり、かつ約2,000Å以上の厚さを使用しても、ほとんどそれ以上の保護とならない。
Ti/TiNを析出するCVD技術は、現在現われつつありかつこの発明の応用を非常に深くかつ狭いバイアに拡げる方法を提供するであろう。ここで用いられているように、CVD法はまた、低圧CVD(LPCVD)およびプラズマエンハンストCD(PECVD)を含む。
バリヤ層20の析出後、WSi_(x)またはシリコンの任意の層21は、CVDタングステンにとって典型的な態様でCVDによって析出されてもよい。そのような層21の部分は、第1C図(点線)に描かれている。層21はTiN上での析出のために必要ではないことが注目される。
層22は、等角析出可能な導電材料を含む。そのような材料の好ましい例は、CVDまたはバイアススパッタリングされたタングステンまたはモリブデンあるいはその場的にドープされたCVDポリシリコンを含む。その結果生じる構造は、第1A図に描かれている。
次に、この導電層22は、コンタクトホール16のまわりの、フィールド領域と呼ばれるパターン化されていない領域からエッチバックされ、そのためフィールド領域上にはいかなる材料も残されないが、コンタクトが充填され、第1B図に示されるようなプラグ24を形成する。エッチング化学は、スパッタリングされたバリヤ層20がエッチバック法で除去されないように、たとえばバッチドライエッチングでフッ素化学を用いて選択され得る。
次に、Al合金の層26は、典型的に1%のシリコンおよび/または或る電子移動を妨げるコンポーネント、たとえば銅またはチタンを含んでいるが、第1C図に描かれるように、約2,000ないし10,000Åの厚さにウェーハ上にスパッタ析出される。次に、この層26は、第1D図に示されるように、粘着および接触層18ならびにバリヤ層20がパターン化されたAlライン26の下にのみ残されかつ残りの領域から除去されるようにパターン化されかつエッチングされる。
この発明の利点は、析出中に、CVDタングステンプラグ法の場合、浸食およびウォームホール発生の原因となる気体CVDタングステン種は、層18および20があるため下にあるシリコンと決して接触せず、それによってそのようないかなる損傷も防ぐ。これはこの発明の重要な技術上の利点である。
本来の場所にドープされたポリプラグ法の場合のこの発明の他の利点は、N^(+)ドープされたポリシリコンが、バリヤ層20があるためCMOSおよびバイポーラ回路のN^(+)およびP^(+)コンタクトの両方に対するプラグ材料24として用いられることができ、そのことがN^(+)ポリシリコン24とP^(+)層10との間に逆ドーピングを防ぐということである。これは重要な工程の簡略化である。
この発明によって与えられるさらに他の利点は、バリヤ層20が配線層の一部として用いられているので、バリヤ層はプラグ24または配線ライン26のいずれかで電子移動空隙が生じる障害の場合導通のための経路を与え、それによって信頼性が増すということである。
タングステンの抵抗率はそれが配線として用いられ得るのに十分低く、配線26を形成しかつアルミニウムを全く使用しないように析出された状態のタングステン層22(第1A図および第2図)をパターン化することができ、あるいは代わりにタングステンの頂部上に薄いアルミニウムコーティングを用いる(図示せず)ことができる。
コンタクトプラグを形成する他の方法は、選択CVD法を用いてバリヤ層上のコンタクトホールにタングステン層を選択的に成長させることである。また、層18および層20は、第3A図に示される、上で述べたコンタクトホールに形成される。しかしながら、この実施例では、レジスト30は第3B図に示されるように、ウェーハ上でスピンされる。次に、レジスト30は、レジスト30と層18および20との間で1:1の選択性を有するドライエッチングを用いてエッチバックされ、レジスト30ならびに層18および20の両方を周囲の領域から除去する。レジスト30ならびに下にある層18および20は、第3C図に見られるように、コンタクトホール16内にのみ残る。
次に、レジスト30は、コンタクトホールからはがされ、それによって第3D図に描かれるように、層18および20をコンタクトホール16内にのみ残す。続いて、タングステンの選択プラグ形の析出物32は、ホールでのWF_(6)+H_(2)のCVD反応によって形成される。タングステンは、金属/バリヤ層20上にのみ凝集しかつ第1の層誘電体14上には凝集せず、したがってコンタクトホール16を充填しプラグ24’を形成する。その構造は第3E図に示される。次に、おそらくは主としてアルミニウム合金からなるパターン化された配線26(第3E図には図示されず)が、上で述べたように形成されるかもしれない。
従来の選択タングステン法を越えるこの方法の利点は、タングステン析出反応は、下にあるシリコン10がバリヤ層20によって遮蔽されているので、シリコン10と直接接触して生じないということである。したがって、浸食およびウォームホールのような共通の問題は、接合部10がバリヤ層20によって保護されているので生じない。他の利点は、選択タングステンがちょうどコンタクト底面からというよりむしろすべての使用可能な表面から成長しているので、その選択タングステンはコンタクトホールの直径の半分よりわずかに大きい厚さに析出されることだけ必要であるということである。この態様では、工業規格の選択タングステン法(タングステンが上方にのみ成長する)より短いタングステン析出時間が必要とされ、かつ選択性は、それが析出の厚さとともに劣化するのでより容易に維持される。
粘着および接触/バリヤ層18および20を使用するその場的にドープされたポリシリコンプラグ24’を形成するさらに他の変形は、上述の第3A図ないし第3D図に示されるようなエッチバックおよびレジストストリッピング法を使用することによってコンタクト領域にのみTi/TiNを残すことである。次に、その場的にドープされたポリシリコン34は、第4A図に示される構造を得るために析出される。次に、ドープされたポリシリコン層34は、第4B図に示されるようにブランケットエッチングされる。この工程の利点は、TiNのような典型的なバリヤ層20上より酸化物表面上でエッチングの端点を検出するのがはるかに容易であるので、ポリシリコンエッチバックはより良く制御され得るということである。代わりに、タングステンは、ブランケット析出されかつそれから、第4B図に示される構造からブランケットエッチングされ得る。
N^(+)のその場的にドープされたポリシリコンおよびTi/TiN層を使用するコンタクトプラグは、第1D図に示されるように製作されている。P^(+)基板に対するプラグの特定的なコンタクト抵抗が測定されている。平均値は1.0×10^(-6)Ω-cm^(2)であると考えられ、直径1.0、1.2および1.4μmのコンタクトの大きさに対して1.0×10^(-6)Ω-cm^(2)の3Σのずれがある。各コンタクトの大きさに対して、6つのウェーハ上に500以上のデータ点がとられる。これらの値は、各コンタクトの大きさに対して受入れ可能であると考えられる。
ここでのこの発明の方法は、前で論じたワインドマン他によって例証されるように、先行技術の欠点を避けまたはそれに改良を加えているのが認識されよう。たとえば、別々の3段階のシリサイド化工程は、優れたコンタクト特性ならびに優れた性能を与えるスパッタ析出されたチタン/窒化チタンの二重構造体を用いることによって排除される。さらに、このTi/TiN膜は、バイアの底部だけでなく側壁にも形成される。Ti/TiN膜は、600℃の処理に耐え、そのため本来の場所にドープされたポリシリコンがコンタクトホールを充填するために用いられれば、ドーパントが接合部へ入るかまたはそこから出ることはあり得ない。
Ti/TiNを側壁の上の方へもってくることによって、プラグ充填材料(すなわちポリシリコンまたはタングステン)と接触材料(たとえばTi/TiN)との間の境界面領域が増加する。したがって、ワイドマン他の先行技術と比較して、シリサイド化層をTiNバリヤとの間のコンタクト領域は、TiNバリヤとポリシリコンまたはタングステン充填材料との間のコンタクト領域におけるように非常に拡げられる。したがって、この構造は、作るのがより簡単であるだけでなく、本来、より信頼性がありかつそれ以上の熱処理に400℃の制限を設けない。Ti/TiN法では、チタンが接合部と接触するTiSi_(x)コンタクトシリサイド化が実質的に得られるということに注目すべきである。
図解および説明のために、この発明の好ましい実施例を説明してきた。排他的であることまたはこの発明を開示されるまさにその形に限定することは意図されていない。明らかに、多くの修正および変形が当業者に明らかとなろう。この発明は多数のIC製作技術、たとえばシリコンMOSおよびCMOSならびにバイポーラ法または砒化ガリウムあるいは他のIII-V法で実施されることも可能である。同様に、説明したどの処理ステップも、同じ結果を達成するために他のステップと交換可能であるだろう。この実施例は、この発明の原理およびその実際の応用を最も良く説明するために選択されかつ説明され、それによって当業者は、考えられる特定の使用に合う種々の実施例および種々の修正でこの発明を理解することができる。この発明の範囲は、前掲の特許請求の範囲およびその等価物によって規定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
第1A図-第1D図は、この発明のコンタクトプラグを設ける処理ステップのシーケンスの断面図である。
第2図は、この発明の代わりの実施例の断面図である。
第3A図-第3E図は、この発明のさらに他の実施例の処理ステップのシーケンスの断面図である。
第4A図-第4B図は、この発明のさらに他の実施例の処理ステップのシーケンスの部分の断面図である。
図において、10はドープされた領域、12は半導体基板、14は絶縁層、16はコンタクトホール、18は粘着および接触層、20はバリヤ層、22は導電材料、および26は金属層である。
 
訂正の要旨 審決(決定)の【理由】欄参照。
審理終結日 2007-12-10 
結審通知日 2007-12-13 
審決日 2007-12-27 
出願番号 特願昭63-36471
審決分類 P 1 123・ 851- ZA (H01L)
P 1 123・ 855- ZA (H01L)
P 1 123・ 121- ZA (H01L)
最終処分 成立  
前審関与審査官 國島 明弘  
特許庁審判長 河合 章
特許庁審判官 齋藤 恭一
井原 純
登録日 1997-05-09 
登録番号 特許第2645345号(P2645345)
発明の名称 安定な低抵抗コンタクト  
代理人 明石 幸二郎  
代理人 植木 久一  
代理人 植木 久一  
代理人 川中 陽子  
代理人 岡田 春夫  
代理人 伊藤 高英  
代理人 岡田 春夫  
代理人 小池 眞一  
代理人 森 博之  
代理人 二口 治  
代理人 磯田 志郎  
代理人 森 博之  
代理人 永島 孝明  
代理人 川中 陽子  
代理人 安國 忠彦  
代理人 二口 治  
代理人 小池 眞一  

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