JP2000164711A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000164711A
JP2000164711A JP10337894A JP33789498A JP2000164711A JP 2000164711 A JP2000164711 A JP 2000164711A JP 10337894 A JP10337894 A JP 10337894A JP 33789498 A JP33789498 A JP 33789498A JP 2000164711 A JP2000164711 A JP 2000164711A
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JP
Japan
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contact hole
layer
semiconductor device
insulating layer
electrode
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JP10337894A
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Koji Shiozaki
宏司 塩▲崎▼
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンタクトホール開口端エッジ部における電
極のステップカバレージを向上可能な半導体装置を提供
する。 【解決手段】 この半導体装置は、半導体基板100上
の絶縁層1と、絶縁層1上に設けられた配線層103
と、配線層103と半導体基板100の表面層110と
を絶縁層1に設けられたコンタクトホール3を介して接
続する電極8’とを備える半導体装置を対象とする。こ
の装置は、コンタクトホール3の側壁と電極8’との間
に介在し、半導体基板100方向に向けてコンタクトホ
ール3の径方向の厚みが厚くなっている金属層7を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンタクトホール
の設けられた絶縁層を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板の表面層は、絶縁層に
設けられたコンタクトホール内の電極を介して絶縁層上
の配線層に接続されている。このような半導体装置は、
例えば、特開平6−177071号公報に記載されてい
る。コンタクトホール内に電極を埋め込んだ場合、電極
の周縁部はコンタクトホール開口端のエッジ部に位置す
ることになるが、このエッジ部の屈曲が鋭い場合には、
電極のステップカバレージが低下する。ステップカバレ
ージの低下は、電極の断線や抵抗値変化を招く。そこ
で、従来から種々の方法によってエッジ部の湾曲化が試
行されており、例えば、エッジ部をエッチングすること
によって、エッジ部の角取りを行う方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法によるステップカバレージの改善は不十分であり、更
なるステップカバレージの向上技術が求められている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであ
り、コンタクトホール開口端のエッジ部における電極の
ステップカバレージを向上可能な半導体装置を提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の絶縁層
と、絶縁層上に設けられた配線層と、配線層と半導体基
板の表面層とを絶縁層に設けられたコンタクトホールを
介して接続する電極とを備える半導体装置において、コ
ンタクトホールの側壁と電極との間に介在し半導体基板
方向に向けてコンタクトホールの径方向の厚みが厚くな
っている金属層を備えることを特徴とする。この半導体
装置によれば、金属層がコンタクトホールの側壁と電極
との間に介在し、半導体基板方向に向けてコンタクトホ
ールの径方向の厚みが厚くなっているので、コンタクト
ホール開口端のエッジ部が十分に湾曲するので、電極の
ステップカバレージを向上させることができる。
【0005】金属層は、チタン、タングステン又はモリ
ブテンを含むことが好ましい。これらの高融点金属は、
プロセスの耐性が高く且つ抵抗値が比較的低いため、金
属層形成時の制御性を向上させることができると共に電
気伝導時の時定数を低下させることができる。
【0006】また、上記絶縁層が、コンタクトホールよ
りも径が小さく、且つ、内部が金属層と同一の材料で埋
められているコンタクトホールを備える場合には、この
コンタクトホール内の材料は前記コンタクトホール内の
金属層と同一工程で製造することが可能である。すなわ
ち、好ましくは、小径のコンタクトホールを上記材料で
埋め込むと同時に大径のコンタクトホール内の表面を金
属層で被覆するように、前記材料をこれらの上に堆積
し、しかる後、異方性エッチングを用いて表面側からこ
の材料をエッチングすれば、上記大小径のコンタクトホ
ール内に上記材料からなる金属層を同時に形成すること
ができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る半導体装
置について説明する。同一要素又は同一機能を有する要
素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略
する。
【0008】図1は実施の形態に係る半導体装置の断面
図である。この半導体装置は、BiCMOSを有するも
のであるが、この他にも図示しない機能素子をBiCM
OS周辺に有する半導体集積回路である。
【0009】半導体基板100にはMOS型電界効果ト
ランジスタ(FET)10とバイポーラトランジスタ
(BT)20とが設けられており、これらは電気的に接
続されると共にフィールド酸化膜50によって機能素子
の形成領域が分離されている。なお、FET10として
はn型チャネルFETのみを図面上に示すが、半導体基
板100には、これに隣接して図示しないp型チャネル
FETが設けられており、これらはCMOSを構成して
いる。
【0010】n型チャネルFET10は、半導体基板1
00に設けられたp型ウェル101、p型ウェル101
内に形成されたn型ソース及びドレイン領域102,1
03、これらの間に位置するゲート酸化膜104、ゲー
ト電極105を備えている。
【0011】BT20は、半導体基板100に設けられ
たn型エミッタ層110、これが内部に形成されたp型
ベース層111、p型ベース層111から離隔して設け
られたn型コレクタ層112を備えている。
【0012】これらの表面層は絶縁層(層間絶縁膜)1
によって覆われている。絶縁膜1は、小径コンタクトホ
ール2及び大径コンタクトホール3を備えている。
【0013】小径コンタクトホール2内には、絶縁膜1
上の配線層(AlCu)8とFET10の表面層10
2,103とを接続する埋込電極(金属層)6及びバリ
アメタル4が埋設されている。
【0014】大径コンタクトホール3内には、BT10
のエミッタ層110(又はベース層111,コレクタ層
112)と配線層103とを接続する電極8’、側壁金
属層7及びバリアメタル4が埋設されている。
【0015】詳説すれば、上記半導体装置は、n型半導
体基板(Si)100上の絶縁層(SiO2)1と、絶
縁層1上に設けられた配線層(AlCu)103と、配
線層103と半導体基板100の表面層110とを絶縁
層1に設けられたコンタクトホール3を介して接続する
電極(AlCu)8’とを備える半導体装置において、
コンタクトホール3の側壁と電極8’との間に介在し半
導体基板100方向に向けてコンタクトホール3の径方
向の厚みが厚くなっている金属層7を備える。
【0016】この半導体装置によれば、金属層7がコン
タクトホール3の側壁と電極8’との間に介在し、半導
体基板100方向に向けてコンタクトホール3の径方向
の厚みが厚くなっているので、コンタクトホール3開口
端のエッジ部が十分に湾曲し、電極のステップカバレー
ジを向上させることができる。ステップカバレージの向
上によって、断線や屈曲部の高抵抗化を抑制すると共
に、リーク電流を減少させることができる。
【0017】また、上記小径コンタクトホール2は、大
径コンタクトホール3よりも径が小さく、且つ、内部が
金属層7と同一の材料で埋められている。小径コンタク
トホール2内の材料は、大径コンタクトホール3内の金
属層7と同一工程で製造することが可能である。
【0018】すなわち、小径のコンタクトホール2を上
記材料で埋め込むと同時に、大径コンタクトホール3内
の表面を金属層で被覆するように、上記材料をこれらの
上に堆積し、しかる後、異方性エッチングを用いて表面
側からこの材料をエッチングすれば、上記大小径コンタ
クトホール2,3内に上記材料からなる金属層を同時に
形成することができる。
【0019】金属層6,7は、チタン(Ti)、タング
ステン(W)又はモリブテン(Mo)を含むことが好ま
しいが、本例ではWからなる。これらの高融点金属は、
プロセスの耐性が高く且つ抵抗値が比較的低いため、金
属層形成時の制御性を向上させることができると共に電
気伝導時の時定数を低下させることができる。なお、金
属層6,7の材料として、上記高融点金属のシリサイド
を用いることもできる。更に、バリアメタル4も上記高
融点金属を含んでなる。
【0020】次に、上記BiCMOSを有する半導体装
置の製造方法について、図2〜図6を用いて説明する。
【0021】まず、半導体基板100を用意し、図1に
示した各素子を形成後、半導体基板100の表面を絶縁
層1で覆う(図2)。絶縁層1は、Si酸化膜であり、
CVD(化学的気相成長)法又はスパッタ法を用いて形
成される。CVD法を用いる場合には、シラン、ジシラ
ン、ホスフィン、ジボラン、酸素ガス等を原料ガスとし
て用いることができる。なお、本例の絶縁層1は、BP
SG(ボロン添加PSG(Phospho-Silicate Glas
s))である。
【0022】次に、半導体基板の表面層102,10
3,110,111,112直上に位置する絶縁層1の
所定部分にコンタクトホール2,3を形成する。コンタ
クトホール2,3は、絶縁層1上にフォトリソグラフィ
技術によってマスク層を形成した後、マスク層の所定部
分のみを開口させ、この状態でドライエッチングを行う
ことによって形成される(図3)。
【0023】このドライエッチングは、所定部分の絶縁
層1を基板厚み方向に異方性エッチングするものであ
り、RIE(反応性イオンエッチング)法等を用いるこ
とができる。本例では、エッチングガスとしてC38
又はCCl4等を用いる。なお、このドライエッチング
として、アルゴンガス等の希ガスを用いたスパッタ法に
よるエッチングを採用することもできる。
【0024】しかる後、絶縁層1の露出表面及びコンタ
クトホール2,3側壁及び上記半導体基板表面に接触す
るように、バリアメタル4を形成する(図4)。本例の
バリアメタル4は、基板側から順次堆積されたTi層及
びTiN層からなる2層構造のTi含有層を用いる。こ
のようなTi含有層は、Ti層の形成後、窒素雰囲気中
で加熱処理を行うことによって、その表面層をTiN層
に置換することによって形成される。また、Ti層の形
成後、連続して反応性スパッタによりTiNを形成す
る。Ti層の堆積はスパッタ法を用いて行う。
【0025】次に、小径コンタクトホール2内が充填さ
れ、且つ、大径コンタクトホール3が充填されない程度
に高融点金属材料(本例ではW)からなる金属層5を基
板表面の全面に形成する(図5)。金属層5の形成には
CVD法を用いるが、スパッタ法をこれの代わりに用い
ることもできる。
【0026】更に、この金属層5をドライエッチング法
を用いて、絶縁層1の表面が露出するまで全面エッチン
グし、小径コンタクトホール2内に埋込金属層6を、大
径コンタクトホール3内に側壁金属層7を残留させる
(図6)。エッチングガスとしてはSF6等を用いるこ
とができる。
【0027】最後に、所定のマスク層の形成後、小径コ
ンタクトホール2の開口端近傍上に金属層6に接触する
配線層8を、大径コンタクトホール3内に電極8’をス
パッタ法又は蒸着法により形成し、適宜、配線層103
を形成して図1に示したBiCMOSを備えた半導体装
置を得る。
【0028】なお、本発明は上記実施の形態に限られる
ものではなく、例えば、半導体基板100の材料として
は、Siの他にGaAs等の化合物半導体を用いること
もでき、また、絶縁層1としては酸化Siの代わりに窒
化Siを用いることもでき、更に、配線層としてAlや
Cu又はこれらの合金等を用いることもできる。
【0029】また、上記実施の形態に係る方法は、エッ
チングによるコンタクトホール開口端エッジ部の湾曲化
工程を用いていないため、コンタクトホール周辺部のデ
ッドスペースを小さくすることができる。なお、このエ
ッチングによる湾曲化工程は本例の方法と組合せて用い
ることもできる。
【0030】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る半
導体装置によれば、金属層がコンタクトホールの側壁と
電極との間に介在し、半導体基板方向に向けてコンタク
トホールの径方向の厚みが厚くなっているので、コンタ
クトホール開口端のエッジ部が十分に湾曲するので、電
極のステップカバレージを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図2】半導体装置中間体の断面図。
【図3】半導体装置中間体の断面図。
【図4】半導体装置中間体の断面図。
【図5】半導体装置中間体の断面図。
【図6】半導体装置中間体の断面図。
【符号の説明】
100…半導体基板、1…絶縁層、103…配線層、1
10…表面層、3…コンタクトホール、8’…電極、7
…金属層。
フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB14 DD04 DD12 FF16 FF22 HH13 5F033 GG02 HH09 HH11 HH18 HH33 JJ09 JJ11 JJ18 JJ19 JJ20 JJ27 JJ28 JJ29 JJ33 KK01 MM05 MM13 NN05 NN06 NN07 PP15 PP16 QQ08 QQ09 QQ13 QQ16 QQ31 QQ37 RR15 SS02 SS08 SS11 XX02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の絶縁層と、前記絶縁層上
    に設けられた配線層と、前記配線層と前記半導体基板の
    表面層とを前記絶縁層に設けられたコンタクトホールを
    介して接続する電極とを備える半導体装置において、前
    記コンタクトホールの側壁と前記電極との間に介在し前
    記半導体基板方向に向けて前記コンタクトホールの径方
    向の厚みが厚くなっている金属層を備えることを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記金属層は、チタン、タングステン又
    はモリブテンを含むことを特徴とする請求項1に記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記絶縁層は、前記コンタクトホールよ
    りも径が小さく、且つ、内部が前記金属層と同一の材料
    で埋められているコンタクトホールを備えることを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置。
JP10337894A 1998-11-27 1998-11-27 半導体装置 Pending JP2000164711A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012212899A (ja) * 2005-12-02 2012-11-01 Ulvac Japan Ltd Cu膜の形成方法

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