JP2003243520A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程が簡略化され、段差がなく平坦化が
容易に図られて多層形成が良好に可能となされた半導体
装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板２上に絶縁層３を介して抵抗
体領域４ａを有するバリアメタル層４を形成し、バリア
メタル層４上にＡｌ又はＡｌ合金の金属材料からなる金
属配線層５を形成し、金属配線層５の抵抗体領域４ａと
対面する領域を除く領域上に層間絶縁膜７を選択的に形
成し、次いで、金属配線層５の抵抗体領域４ａと対面す
る部位を酸化膨張させることにより、酸化アルミニウム
を主体とする絶縁層６を層間絶縁膜７と面一となるよう
に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗素子を有する
半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の抵抗素子は、例えば
次のように形成される。すなわち、図１５に示すよう
に、トランジスタ等の図示しない半導体素子部が表面の
一部に形成された半導体基板５１上に、絶縁膜５２が形
成され、この絶縁膜５２の表面上に、バリア機能と抵抗
素子機能の両機能を併せ持つ窒化チタニウム（ＴｉＮ）
等を材料として、バリアメタル層５３を設け、これをフ
ォトエッチングにより所定形状の抵抗体５５を形成す
る。その後、抵抗体５５の両端部に、ＡｌまたはＡｌ−
ＣｕなどのＡｌ合金からなる金属配線５４をフォトエッ
チングにより選択的に形成することで、窒化チタニウム
（ＴｉＮ）による抵抗体５５を有する抵抗素子５０を形
成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな抵抗素子５０では、上述したように、所望形状の抵
抗体５５を、金属配線５４の形成とは別の工程で、抵抗
素子材料の成膜及びエッチングを行うことにより形成し
ていたため、製造工程が多く、煩雑な工程となってい
た。

【０００４】そのため、製造工程をより簡略化した抵抗
素子５７として、図１６に示すようなものが提案されて
いる。この抵抗素子５７の製造方法では、半導体基板５
１上に絶縁膜５２を形成後、半導体素子部の図示しない
金属配線やバリアメタル層を形成する工程と並行して、
絶縁膜５２上の所定箇所に、ＴｉＮからなるバリアメタ
ル層５３、ＡｌまたはＡｌ−ＣｕなどのＡｌ合金からな
る金属配線層５６を積層形成し、その後、これら金属配
線層５６及びバリアメタル層５３を一括してフォトエッ
チングし、結果的に図１６に示すような抵抗素子５７を
形成する。

【０００５】ところが、このような図１６に示す抵抗素
子５７は、図１５に示す抵抗素子５０と同様に、金属配
線層５６がバリアメタル層５３上に突出しており、金属
配線層５６とバリアメタル層５３間に段差部ｄが形成さ
れている。そのため、例えば、同一の半導体基板上にト
ランジスタ、抵抗、容量素子等を複数つくり込んだＭＭ
ＩＣ構造（Monolithic Microwave IC）を構成する場
合には、この段差部ｄが、トランジスタ、抵抗、容量素
子等の多層形成を困難なものとし、また微細化を阻む要
因となっていた。また、従来より、金属配線層５６間に
絶縁膜を埋め込み、ＣＭＰ（Chemicaland Mechanical
Polishing）といった平坦化技術を用いてこの段差部
ｄを解消する方法が採用されているが、この方法では、
スクラッチ発生や汚染とその除去等の問題があり、また
埋め込み絶縁膜のボイドを完全に消失させることができ
ないという欠点もあった。

【０００６】そこで、本発明は、このような従来の実情
を鑑みて提案されたものであり、製造工程が簡略化さ
れ、段差がなく平坦化が容易に図られて多層形成が良好
に可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために完成された本発明に係る半導体装置は、表面の一
部に半導体素子部が形成された基板と、該半導体素子部
を含む基板上に形成され、抵抗体として機能する抵抗体
領域を基板上の一部に有するバリアメタル層と、このバ
リアメタル層上の全面に形成され、Ａｌ又はＡｌ合金の
金属材料からなる金属配線用層とを備えるもので、上記
金属配線用層は、抵抗体領域に対面する部位が、金属材
料を酸化して形成された酸化アルミニウムを主体とする
絶縁層からなり、抵抗体領域に対面する部位を除く部位
が、上記金属材料からなる金属配線部となされ、金属配
線部上には保護層が形成され、この保護層と酸化アルミ
ニウムを主体とする絶縁層とが、バリアメタル層の形成
された範囲において面一とされていることを特徴とする
ものである。かかる構成の本発明によれば、金属配線用
層の抵抗体領域に対面する部位が、金属配線用層を構成
するＡｌ又はＡｌ合金を酸化してなる酸化アルミニウム
を主体とする絶縁層からなり、この絶縁層が金属配線部
上の保護層と略面一となるように形成されてなることか
ら、シンプルな構成で段差のない平坦化が図られた半導
体装置とすることができる。

【０００８】ここで、バリアメタル層としては、ＴｉＮ
の単層、ＴａＮの単層、ＴｉとＴｉＮとの積層体、及び
ＴａとＴａＮとの積層体のうちの何れかからなることが
好ましい。このような材料は、バリアメタル層が、抵抗
素子としての機能と、Ａｌの半導体素子部への拡散を防
止するバリア機能とを兼ねる上で、望ましい材料であ
る。

【０００９】また、上記の保護層としては、絶縁層から
なることが好ましい。このように、上記保護層を層間絶
縁層により形成することもできる。更に、上記の保護層
としては、少なくともＴｉからなるキャップ層であって
も良い。このように、金属配線部とのコンタクト抵抗の
低減、及び金属配線部のヒロック防止のためのキャップ
層を上記保護層として有効利用することもできる。

【００１０】また、上述した目的を達成するために完成
された本発明に係る他の半導体装置は、表面の一部に半
導体素子部が形成された基板と、該半導体素子部を含む
基板上に形成され、抵抗体として機能する抵抗体領域を
基板上の一部に有するバリアメタル層と、このバリアメ
タル層上の全面に形成され、Ａｌ又はＡｌ合金の金属材
料からなる金属配線用層とを備えるもので、上記金属配
線用層は、抵抗体領域に対面する部位が、金属材料を酸
化して形成された酸化アルミニウムを主体とする絶縁層
からなり、抵抗体領域に対面する部位を除く部位が、上
記金属材料からなる金属配線部となされ、金属配線部と
酸化アルミニウムを主体とする絶縁層とは、バリアメタ
ル層の形成された範囲において面一となされていること
を特徴とするものである。かかる構成の本発明によれ
ば、金属配線用層の抵抗体領域に対面する部位が、金属
配線用層を構成するＡｌ又はＡｌ合金を酸化してなる酸
化アルミニウムを主体とする絶縁層からなり、この絶縁
層が金属配線部と略面一となるように形成されてなるこ
とから、シンプルな構成で段差のない平坦化が図られた
半導体装置とすることができる。

【００１１】ここで、バリアメタル層としては、ＴｉＮ
の単層、ＴａＮの単層、ＴｉとＴｉＮとの積層体、及び
ＴａとＴａＮとの積層体のうちの何れかからなることが
好ましい。このような材料は、バリアメタル層が、抵抗
素子としての機能と、Ａｌの半導体素子部への拡散を防
止するバリア機能とを兼ねる上で、望ましい材料であ
る。

【００１２】また、上述した目的を達成するために完成
された本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体素
子部を有する基板上にバリアメタル層を形成し、このバ
リアメタル層上にＡｌ又はＡｌ合金の金属材料からなる
金属配線層を形成し、この金属配線層上に、バリアメタ
ル層の抵抗体領域となる領域と対面する領域を除いて、
保護層を選択的に形成し、次いで、金属配線層の抵抗体
領域と対面する部位を酸化することにより、酸化アルミ
ニウムを主体とする絶縁層を保護層と面一となるように
形成し、バリアメタル層に抵抗体領域を形成することを
特徴とする製造方法である。かかる製造方法の本発明に
よれば、Ａｌ又はＡｌ合金の金属配線層の一部を酸化膨
張させることにより、酸化アルミニウム層を形成し、し
かもこの酸化アルミニウム層を金属配線層上の保護層と
面一となるようにするため、段差のない平坦化された抵
抗素子を、簡単な工程で提供することが可能となる。

【００１３】具体的には、金属配線層の抵抗体領域と対
面する部位を、温純水に浸漬することにより、酸化する
と良い。この方法により、金属配線層を選択的且つより
簡便に酸化することができる。

【００１４】ここで、この温純水に酸化剤を添加するよ
うにするとより好ましい。これにより、金属配線層の酸
化をより促進することができ、酸化速度が上昇し、工程
時間の短縮が図られる。

【００１５】また、上記の保護層を、絶縁層から構成す
るようにすると好ましい。このように、上記保護層を層
間絶縁層により形成することもできる。更に、上記の保
護層としては、少なくともＴｉからなるキャップ層であ
っても良い。このように、金属配線部とのコンタクト抵
抗の低減、及び金属配線部のヒロック防止のためのキャ
ップ層を上記保護層として有効利用することもできる。

【００１６】更に、上述した目的を達成するために完成
された本発明に係る半導体装置の他の製造方法は、半導
体素子部を有する基板上にバリアメタル層を形成し、バ
リアメタル層上に、Ａｌ又はＡｌ合金の金属材料からな
る金属配線層を形成し、この金属配線層においてバリア
メタル層の抵抗体領域となる領域と対面する部位のみを
エッチングにより選択的に研削して所定厚さ分残し、次
いで、金属配線層の抵抗体領域と対面する残った部位を
酸化することにより、酸化アルミニウムを主体とする絶
縁層を金属配線層の研削されていない抵抗体領域外の領
域と面一となるように形成し、バリアメタル層に抵抗体
領域を形成することを特徴とする製造方法である。かか
る製造方法の本発明によれば、Ａｌ又はＡｌ合金の金属
配線層の一部を所定厚さ研削した後に酸化膨張させるこ
とにより、酸化アルミニウム層を形成し、この酸化アル
ミニウム層を金属配線層の研削されていない領域と面一
となるようにするため、段差のない平坦化された抵抗素
子を、簡単な工程で提供することが可能となる。

【００１７】具体的には、金属配線層の抵抗体領域と対
面する部位を、温純水に浸漬することにより、酸化する
と良い。この方法により、金属配線層を選択的且つより
簡便に酸化することができる。

【００１８】ここで、この温純水に酸化剤を添加するよ
うにするとより好ましい。これにより、金属配線層の酸
化をより促進することができ、酸化速度が上昇し、工程
時間の短縮が図られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、
本発明の第１実施形態に係る半導体装置の抵抗素子１を
示す断面図である。

【００２０】抵抗素子１は、図１に示すように、トラン
ジスタ等の図示しない半導体素子部が表面の一部に形成
されたシリコン半導体基板２上に、絶縁膜３を介してバ
リアメタル層４が形成されている。このバリアメタル層
４は、ＴｉＮの単層、ＴａＮの単層、ＴｉとＴｉＮとの
積層体、及びＴａとＴａＮとの積層体のうちの何れかか
らなり、金属配線材料が半導体素子部へ拡散するのを防
止するバリア機能、及び抵抗素子機能を兼ね備える。こ
こで、バリアメタル層４は、抵抗素子として機能する抵
抗体領域４ａを略中央部に有し、この抵抗体領域４ａを
除く領域上、即ちバリアメタル層４上の両端側に、Ａｌ
や、Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金からなる金属
配線部５が各々形成される。

【００２１】これら金属配線部５間には、ＡｌやＡｌ−
Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金からなる金属配線層の一
部を酸化して形成した、酸化アルミニウムを主体とする
絶縁層６がバリアメタル層４の抵抗体領域４ａに対面し
て凸状に形成され、金属配線部５間を埋めている。ま
た、各金属配線部５上には、層間絶縁膜として機能する
ＳｉＯ２等からなる絶縁膜７が選択的に形成されてい
る。このとき、絶縁層６は、絶縁膜７と面一となるよう
に形成される。ここで、絶縁膜７は層間絶縁膜であると
好ましい。

【００２２】このように、抵抗素子１は、金属配線部５
間の抵抗体領域４ａと対面する部位が、金属配線層５の
一部を酸化して形成された酸化アルミニウムを主体とす
る絶縁層６から構成され、しかもこの絶縁層６が金属配
線部５上の絶縁膜７と面一となされていることから、シ
ンプルな構成で段差のない平坦化が図られたものとな
る。

【００２３】なお、本実施形態では、バリアメタル層４
がＴｉＮの単層、ＴａＮの単層、ＴｉとＴｉＮとの積層
体、及びＴａとＴａＮとの積層体のうちの何れかからな
るが、本発明はこれに限らず、バリア機能と抵抗素子機
能の両機能を実現可能な材料であれば何れの材料により
形成されていても良い。但し、本実施形態のように、バ
リアメタル層４を上記の材料から構成することにより、
抵抗素子機能とバリア機能との両機能を良好に実現可能
である。

【００２４】つぎに、以上のように構成される本実施形
態に係る抵抗素子１の製造方法について、図面を参照し
ながら説明する。図２乃至図４は、抵抗素子１の製造工
程の一工程を示す断面図である。

【００２５】先ず、図２に示すように、シリコン半導体
基板２上に酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）や窒化シリコン
膜（ＳｉＮ）等からなる絶縁膜３を、熱酸化法、ＣＶＤ
法（Chemical Vapor Deposition）等により形成し、
その後、絶縁膜３の図示しない所定箇所に、金属配線と
図示しない他の領域にある半導体素子部とを電気的接続
するための図示しないコンタクトホールを開口する。

【００２６】次に、半導体素子部への金属配線の金属材
料の拡散を防止するためのバリアメタル層４として、Ｔ
ｉ/ＴｉＮ積層膜を図示しない半導体素子部及び絶縁膜
３上に堆積する。このバリアメタル層４は、例えば、ア
ルゴンガス雰囲気中に活性ガスである窒素ガスを適量混
合し、所定の温度及び圧力下にて、チタン（Ｔｉ）との
リアクティブスパッタリングにより堆積している。続い
て、Ａｌ−ＳｉからなるＡｌ合金をバリアメタル層４上
にスパッタリング法により堆積し、ドライエッチング法
により金属配線層５ａ、バリアメタル層４を一括して図
２に示すような所望形状に形成する。

【００２７】次に、図３に示すように、金属配線層５ａ
上にＳｉＯ２からなる絶縁膜７を成膜し、その後パター
ニング及びエッチングにより、絶縁膜７の抵抗体領域４
ａと対面する部位を除去して、開口７ａを形成する。こ
こで、開口７ａの幅４ａ’は、後段のＡｌ合金からなる
金属配線層５ａの酸化が進むことを考慮して、抵抗体領
域４ａの幅よりも少し小さく設計する。

【００２８】最後に、図３に示すような半導体基板２
を、温純水中に所定時間浸漬させることにより、Ａｌ合
金（Ａｌ−Ｓｉ）からなる金属配線層５ａの開口部７ａ
内に位置する部位を選択的に酸化し、抵抗体領域４ａに
対面する領域に、図４に示すような酸化アルミニウムを
主体とする絶縁層６を形成する。このとき、金属配線層
５ａの抵抗体領域４ａに対面する部位のＡｌ合金は、酸
化アルミニウムとなることで膨張し、結果的に酸化アル
ミニウムからなる絶縁層６が外側の絶縁膜７と面一とな
される。また、金属配線層５ａの抵抗体領域４ａと対面
しない両側部分は、酸化されずに残り、図４に示すよう
に、金属配線部５が形成される。

【００２９】なお、本実施形態では、酸化アルミニウム
からなる絶縁層６と外側の絶縁膜７とを面一とするため
に、予め、Ａｌ合金からなる金属配線層５ａの酸化によ
る膨張率と外側に形成する絶縁膜７の膜厚とを考慮した
上で、金属配線層５ａ及び絶縁膜７の膜厚、開口形状、
更には酸化条件を設定するものとする。

【００３０】また、Ａｌ合金（Ａｌ−Ｓｉ）からなる金
属配線層５ａの酸化を促進するため、温純水中へ過酸化
水素水を少量、例えば１０ｗｔ％程度添加したり、また
は、温純水の代りに、濃度が数１０ｐｐｍのオゾン（Ｏ
３）水を使用するようにしても良い。これにより、酸化
時間の短縮が可能となり、工程時間の短縮を図ることが
できる。

【００３１】更に、本実施形態では、金属配線層５ａの
抵抗体領域４ａと対面する部位を、温純水に浸漬するこ
とにより酸化しているが、本発明はこれに限らず、金属
配線層５ａの抵抗体領域４ａと対面する部位のみを選択
的に酸化可能な方法であれば何れの手段を利用しても構
わない。但し、本実施形態のように、温純水に浸漬する
ことにより酸化する方法によれば、より選択的且つ簡便
に絶縁層６を形成可能となる。

【００３２】以上述べたような本実施形態の製造方法に
よれば、金属配線層５ａの一部を酸化して膨張させるこ
とにより、酸化アルミニウムを主体とする絶縁層６を、
金属配線部５上の絶縁膜７と面一となるように形成する
ことができるため、段差のない平坦化された抵抗素子１
が簡単な工程にて製造可能となる。その結果、ＭＭＩＣ
等の多層構造の形成が容易となされ、しかも更なる微細
化の実現が可能な半導体装置を提供することができる。

【００３３】つぎに、本発明の第２の実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図５は、本発
明の第２実施形態に係る半導体装置の抵抗素子１０を示
す断面図である。

【００３４】本発明の第２実施形態の抵抗素子１０は、
多層形成の場合に上層に形成される金属配線や金属配線
部５とのコンタクト抵抗の低減、及び金属配線部５のヒ
ロック防止のためのＴｉ或いはＴｉＮからなるキャップ
層８を、金属配線部５上に設けた点が、第１の実施形態
と異なる点である。ここで、金属配線層５ａの抵抗体領
域４ａと対面する部位を酸化してなる絶縁層６は、キャ
ップ層８と面一となされている。このように、キャップ
層８を有する抵抗素子１０において、キャップ層８と絶
縁層６とを面一とした構成とすることにより、シンプル
な構成で、段差がなく平坦化が図られた高性能な抵抗素
子１０とすることができる。

【００３５】つぎに、以上のように構成される本実施形
態に係る抵抗素子１０の製造方法について、図面を参照
しながら説明する。図６乃至図９は、抵抗素子１０の製
造工程の一工程を示す断面図である。

【００３６】先ず、図６に示すように、第１の実施形態
の抵抗素子１と同様に、シリコン半導体基板２上に絶縁
膜３を形成し、その後、絶縁膜３の図示しない所定箇所
に、図示しないコンタクトホールを開口後、この絶縁膜
３上に、Ｔｉ/ＴｉＮ積層膜からなるバリアメタル層４
をリアクティブスパッタリングにより堆積し、続いて、
バリアメタル層４上に、Ａｌ−ＳｉからなるＡｌ合金を
スパッタリング法により堆積し、さらに、Ｔi或いはＴ
ｉＮからなるキャップ層８をリアクティブスパッタリン
グにより堆積し、その後、ドライエッチング法等によ
り、金属配線層５ａ、バリアメタル層４、キャップ層８
を一括して図６に示すような所望形状に形成する。

【００３７】次に、図７に示すように、ＳＦ６ガスによ
るドライエッチングにより、金属配線層５ａの抵抗体領
域４ａと対面する部位を除去して、開口８ａを形成す
る。ここで、開口８ａの幅４ａ’は、後段のＡｌ合金か
らなる金属配線層５ａの酸化が進むことを考慮して、抵
抗体領域４ａの幅よりも少し小さく設計する。

【００３８】そして、図８に示すように、金属酸化層５
ａをエッチングにより深さＤ分除去する。ここで、深さ
Ｄは、金属酸化層５ａの抵抗体領域４ａと対面する部位
が後の酸化工程により酸化されて膨張した際に、その酸
化層とキャップ層８とが面一となるような寸法に設定さ
れる。

【００３９】最後に、図８に示すような半導体基板２
を、約６０℃の温純水中に所定時間浸漬し、金属配線層
５ａのキャップ層８開口部８ａ内に位置する部位を選択
的に酸化して、抵抗体領域４ａに対面する領域に、図９
に示すような酸化アルミニウムを主体とする絶縁層６を
形成する。このとき、金属配線層５ａの抵抗体領域４ａ
に対面する部位のＡｌ合金は、酸化アルミニウムに酸化
されて膨張し、結果的に酸化アルミニウムからなる絶縁
層６がキャップ層８と面一となされる。また、金属配線
層５ａの抵抗体領域４ａと対面しない両側部分は、酸化
されずに残り、金属配線部５が形成される。

【００４０】以上述べたような本実施形態の製造方法に
よれば、金属配線層５ａの一部を酸化することにより、
酸化アルミニウムを主体とする絶縁層６を形成し、この
絶縁層６を金属配線部５上のキャップ層８と面一となる
ようにするため、段差がなく平坦化が図られ、しかも高
性能な抵抗素子１０が簡単な工程にて製造可能となる。
その結果、ＭＭＩＣ等の多層構造の形成が容易となさ
れ、しかも更なる微細化の実現が可能な半導体装置を提
供することができる。

【００４１】つぎに、本発明の第３の実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図１０は、本
発明の第３実施形態に係る半導体装置の抵抗素子２０を
示す断面図である。

【００４２】本発明の第３実施形態の抵抗素子２０は、
金属配線部５と絶縁層６とが面一となされている点が、
第１の実施形態と異なる点である。このように、抵抗素
子２０において、金属配線部５と絶縁層６とを面一とし
た構成とすることにより、よりシンプルな構成で、段差
がなく平坦化が図られた高性能な抵抗素子１０とするこ
とができる。

【００４３】つぎに、以上のように構成される本実施形
態に係る抵抗素子２０の製造方法について、図面を参照
しながら説明する。図１１及び図１２は、抵抗素子２０
の製造工程の一工程を示す断面図である。

【００４４】先ず、図１１に示すように、第１の実施形
態の抵抗素子１と同様に、シリコン半導体基板２上に絶
縁膜３を形成し、その後、絶縁膜３の図示しない所定箇
所に、図示しないコンタクトホールを開口後、この絶縁
膜３上に、Ｔｉ/ＴｉＮ積層膜からなるバリアメタル層
４をリアクティブスパッタリングにより堆積し、続い
て、バリアメタル層４上に、Ａｌ−ＳｉからなるＡｌ合
金からなる金属配線層５ａをスパッタリング法により堆
積し、さらに、ドライエッチング法により金属配線層５
ａ及びバリアメタル層４を一括して図１１に示すような
所望形状に形成する。

【００４５】次に、金属配線層５ａ上の抵抗体領域４ａ
と対面しない領域をレジスト等でマスクし、図１２に示
すように、ＳＦ６ガスによるドライエッチングにより、
金属配線層５ａの抵抗体領域４ａと対面する部位を所定
厚さ分除去し、抵抗体領域４ａよりも若干狭い幅４ａ’
の開口部５ｂを形成する。

【００４６】ここで、上記所定厚さは、金属酸化層５ａ
の抵抗体領域４ａと対面する部位が後の酸化工程により
酸化されて膨張した際にその酸化層と金属配線層５ａと
が面一となるような寸法に設定される。

【００４７】最後に、図１２に示すような半導体基板２
を、約６０℃の温純水中に所定時間浸漬し、金属配線層
５ａの開口部５ｂ内に位置する部位を選択的に酸化し
て、抵抗体領域４ａに対面する領域に、図１０に示すよ
うな酸化アルミニウムを主体とする絶縁層６を形成す
る。このとき、金属配線層５ａの抵抗体領域４ａと対面
しない両側部分は、酸化されずに残り、金属配線部５が
形成される。金属配線層５ａの開口部５ｂ内の部位は、
酸化アルミニウムに酸化されて膨張し、結果的に酸化ア
ルミニウムからなる絶縁層６が金属配線部５と面一とな
される

【００４８】以上述べたような本実施形態の製造方法に
よれば、金属配線層５ａの一部を酸化することにより、
酸化アルミニウムを主体とする絶縁層６を形成し、この
絶縁層６を金属配線部５と面一となるようにするため、
段差がなく平坦化が図られ、しかも高性能な抵抗素子２
０が簡単な工程にて製造可能となる。その結果、ＭＭＩ
Ｃ等の多層構造の形成が容易となされ、しかも更なる微
細化の実現が可能な半導体装置を提供することができ
る。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の実施例について実験結果に基
づいて説明する。 ＜実験例＞先ず、シリコン半導体基板上に、酸化シリコ
ン膜（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜をＣＶＤ法により形成
し、その後、バリアメタル層としてＴｉ/ＴｉＮ積層膜
を、Ｔｉの堆積に続き、アルゴンガス雰囲気中に反応ガ
スである窒素ガスを約２０％混合し、１００℃及び０．
５ＰａＴｏｒｒの条件下で、チタン（Ｔｉ）とのリアク
ティブスパッタリングにより、絶縁膜上に合計膜厚１０
００Å程度堆積した。続いて、Ａｌ−ＳｉからなるＡｌ
合金を、Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜上にスパッタリング法によ
り膜厚４０００Å程度堆積して金属配線層を形成し、そ
の後、金属配線層上にＳｉＯ２からなる絶縁膜を成膜
し、次いで、絶縁膜の抵抗体領域と対面する部位をエッ
チングにより除いて、図３に示すような絶縁膜に開口を
形成した。 このようにして、図３に示すような絶縁膜
に開口を有する状態のシリコン半導体基板を、約６０℃
の温純水中に浸漬させ、開口内に位置するＡｌ合金（Ａ
ｌ−Ｓｉ）からなる金属配線層を選択的に酸化膨張さ
せ、酸化アルミニウムを主体とする絶縁層を形成した。

【００５０】＜測定事項１＞ここで、シリコン半導体基
板を温純水中に浸漬させた状態で、Ａｌ合金層（Ａｌ−
Ｓｉ）からなる金属配線層５ａが酸化アルミニウムに酸
化されていく状況について、温純水浸漬時間を基準にし
てその膜厚変化を経時的に計測した。また、これと並行
して、バリアメタル層４の膜厚についても、温純水浸漬
時間を基準にした経時変化を計測した。図１３のグラフ
に、これら計測結果として、Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）
及びＴｉ／ＴｉＮ積層膜の温純水浸漬時間による各膜厚
変化を示す。なお、図１３中では、Ａｌ合金層の膜厚変
化と記しているが、詳しくは、Ａｌ合金層が温純水へ浸
漬されることにより、酸化アルミニウムへと徐々に酸化
膨張されていく層の膜厚変化について測定するものとし
た。 ＜測定事項２＞また、Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）からな
る金属配線層５ａが酸化アルミニウムに酸化されていく
状況について、温純水浸漬時間を基準にしてその抵抗値
変化を経時的に計測した。また、これと並行して、バリ
アメタル層４の抵抗値についても、浸漬時間を基準とし
た経時変化を計測した。図１４のグラフに、これら計測
結果として、Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）及びＴｉ／Ｔｉ
Ｎ積層膜の温純水浸漬時間による各シート抵抗値［Ω／
□］（即ち、Ω／ｓｑ．）の変化を示す。なお、図１４
中では、Ａｌ合金層の抵抗値変化と記しているが、詳し
くは、Ａｌ合金層が温純水へ浸漬されることにより、酸
化アルミニウムへと徐々に酸化膨張されていく層の抵抗
値変化について測定するものとした。

【００５１】＜実験結果＞図１３の測定結果に示される
ように、Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）からなる金属配線層
は、温純水中に浸漬されることにより、浸浸時間の経過
に伴って酸化アルミニウムへと酸化膨張されていくこと
が確認された。具体的には、当初、膜厚４０００Åであ
ったＡｌ合金層は、浸漬時間が５０分を超えると、膜厚
約１００００Åまで、約２．５倍膨張して酸化アルミニ
ウムを主体とする絶縁層へ変化することが分かった。一
方、Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜からなるバリアメタル層は、温
純水浸漬によっても膜厚がほとんど変化しないことが分
かった。

【００５２】また、図１４の測定結果に示されるよう
に、Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）からなる金属配線層５ａ
は、温純水中に浸漬されることにより、浸漬時間の経過
に伴って酸化アルミニウムを主体とする絶縁層へと確実
に絶縁膜化されていることが確認された。一方、Ｔｉ／
ＴｉＮ積層膜からなるバリアメタル層は、温純水浸漬に
よる抵抗値変化がなく、温純水浸漬によっても性質に影
響がないことが分かった。なお、浸漬時間が６０ｍｉｎ
以上のＡｌ合金層のシート抵抗は正確な数値を測定する
ことが困難であり、約１００００００Ω／□と表示し
た。

【００５３】以上の結果から、図１３及び図１４に示す
ように、Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）からなる金属配線層
を温純水中に浸漬させることにより、Ａｌ合金層（Ａｌ
−Ｓｉ）が選択的に酸化されて膜厚が増加し、絶縁膜化
することが分かった。一方、バリア機能及び抵抗素子機
能を兼ね備えるバリアメタル層は、温純水中に浸漬され
ても全く影響されずに、抵抗値を保持することも確認さ
れた。

【００５４】

【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明の半導
体装置によれば、金属配線用層の抵抗体領域に対面する
部位が、金属配線用層を構成するＡｌ又はＡｌ合金を酸
化してなる酸化アルミニウムを主体とする絶縁層からな
り、この絶縁層が金属配線用層上の保護層と面一となる
ように形成されてなることから、シンプルな構成で段差
がなく平坦化が図られ、ＭＭＩＣ構造等の多層形成にも
有利なものとすることができる。

【００５５】また、本発明の他の半導体装置によれば、
金属配線用層の抵抗体領域に対面する部位が、金属配線
用層を構成するＡｌ又はＡｌ合金を酸化してなる酸化ア
ルミニウムを主体とする絶縁層からなり、この絶縁層が
金属配線部と略面一となるように形成されてなることか
ら、シンプルな構成で段差のない平坦化が図られた半導
体装置とすることができる。

【００５６】また、本発明の製造方法によれば、金属配
線層の一部を酸化することにより、酸化アルミニウム層
を形成し、この酸化アルミニウム層を金属配線層上の保
護層と面一となるようにするため、シンプルな構成で段
差がなく平坦化が図られた抵抗素子を有する半導体装置
を、簡単な工程にて製造可能となる。

【００５７】更に、本発明の他の製造方法によれば、Ａ
ｌ又はＡｌ合金の金属配線層の一部を所定厚さ研削した
後に酸化膨張させることにより、酸化アルミニウム層を
形成し、この酸化アルミニウム層を金属配線層の研削さ
れていない領域と面一となるようにするため、段差のな
い平坦化された抵抗素子を、簡単な工程で提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を示す断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の抵
抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の
抵抗素子を示す断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の
抵抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の
抵抗素子を製造する製造工程を示す断面図である。

【図１３】Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）及びＴｉ／ＴｉＮ
積層膜の温純水浸漬時間による膜厚変化を示す図であ
る。

【図１４】Ａｌ合金層（Ａｌ−Ｓｉ）及びＴｉ／ＴｉＮ
積層膜の温純水浸漬時間によるシート抵抗変化を示す図
である。

【図１５】従来の半導体装置の抵抗素子を示す断面図で
ある。

【図１６】従来の半導体装置の他の抵抗素子を示す断面
図である。

【符号の説明】

１，１０，２０ 抵抗素子 ２ シリコン半導体基板 ３ 絶縁膜 ４ バリアメタル層 ４ａ 抵抗体領域 ５ 金属配線部 ５ａ 金属配線層 ６ 絶縁層 ７ 絶縁膜 ７ａ 開口 ８ キャップ層 ５１ 半導体基板 ５２ 絶縁膜 ５３ バリアメタル層 ５４ 金属配線 ５５ 抵抗体 ５６ 金属配線層 ５７ 抵抗素子

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の一部に半導体素子部が形成された
   基板と、 該半導体素子部を含む前記基板上に形成され、抵抗体と
   して機能する抵抗体領域を前記基板上の一部に有するバ
   リアメタル層と、 前記バリアメタル層上の全面に形成され、Ａｌ又はＡｌ
   合金の金属材料からなる金属配線用層とを備え、 前記金属配線用層は、前記抵抗体領域に対面する部位
   が、前記金属材料を酸化して形成された酸化アルミニウ
   ムを主体とする絶縁層からなり、前記抵抗体領域に対面
   する部位を除く部位が、前記金属材料からなる金属配線
   部となされ、 前記金属配線部上には、保護層が形成され、 前記保護層と前記酸化アルミニウムを主体とする前記絶
   縁層とは、前記バリアメタル層の形成された範囲におい
   て面一となされていることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記バリアメタル層は、ＴｉＮの単層、
   ＴａＮの単層、ＴｉとＴｉＮとの積層体、及びＴａとＴ
   ａＮとの積層体のうちの何れかからなることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記保護層は、絶縁層からなることを特
   徴とする請求項１、又は２記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記保護層は、少なくともＴｉからなる
   キャップ層であることを特徴とする請求項１、又は２記
   載の半導体装置。
5. 【請求項５】 表面の一部に半導体素子部が形成された
   基板と、 該半導体素子部を含む前記基板上に形成され、抵抗体と
   して機能する抵抗体領域を前記基板上の一部に有するバ
   リアメタル層と、 前記バリアメタル層上の全面に形成され、Ａｌ又はＡｌ
   合金の金属材料からなる金属配線用層とを備え、 前記金属配線用層は、前記抵抗体領域に対面する部位
   が、前記金属材料を酸化して形成された酸化アルミニウ
   ムを主体とする絶縁層からなり、前記抵抗体領域に対面
   する部位を除く部位が、前記金属材料からなる金属配線
   部となされ、 前記金属配線部と前記酸化アルミニウムを主体とする前
   記絶縁層とは、前記バリアメタル層の形成された範囲に
   おいて面一となされていることを特徴とする半導体装
   置。
6. 【請求項６】 前記バリアメタル層は、ＴｉＮの単層、
   ＴａＮの単層、ＴｉとＴｉＮとの積層体、及びＴａとＴ
   ａＮとの積層体のうちの何れかからなることを特徴とす
   る請求項５記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 半導体素子部を有する基板上に、バリア
   メタル層を形成し、前記バリアメタル層上に、Ａｌ又は
   Ａｌ合金の金属材料からなる金属配線層を形成し、 前記金属配線層上に、前記バリアメタル層の抵抗体領域
   となる領域と対面する領域を除いて、保護層を選択的に
   形成し、 次いで、前記金属配線層の前記抵抗体領域と対面する部
   位を酸化することにより、酸化アルミニウムを主体とす
   る絶縁層を前記保護層と面一となるように形成し、前記
   バリアメタル層に前記抵抗体領域を形成することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記金属配線層の前記抵抗体領域と対面
   する部位を、温純水に浸漬することにより、酸化するよ
   うにしたことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の
   製造方法。
9. 【請求項９】 前記温純水に酸化剤を添加するようにし
   たことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方
   法。
10. 【請求項１０】 前記保護層を、絶縁層から構成するよ
    うにしたことを特徴とする請求項７乃至９のうちの何れ
    か記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記保護層を、少なくともＴｉをから
    なるキャップ層から構成するようにしたことを特徴とす
    る請求項７乃至９のうちの何れか記載の半導体装置。
12. 【請求項１２】 半導体素子部を有する基板上に、バリ
    アメタル層を形成し、 前記バリアメタル層上に、Ａｌ又はＡｌ合金の金属材料
    からなる金属配線層を形成し、 前記金属配線層において、前記バリアメタル層の抵抗体
    領域となる領域と対面する部位のみをエッチングにより
    選択的に研削して所定厚さ分残し、 次いで、前記金属配線層の前記抵抗体領域と対面する残
    った部位を酸化することにより、酸化アルミニウムを主
    体とする絶縁層を前記金属配線層の研削されていない抵
    抗体領域外の領域と面一となるように形成し、前記バリ
    アメタル層に前記抵抗体領域を形成することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記金属配線層の前記抵抗体領域と対
    面する部位を、温純水に浸漬することにより、酸化する
    ようにしたことを特徴とする請求項１２記載の半導体装
    置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記温純水に酸化剤を添加するように
    したことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製
    造方法。