JP2578759B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2578759B2
JP2578759B2 JP60263394A JP26339485A JP2578759B2 JP 2578759 B2 JP2578759 B2 JP 2578759B2 JP 60263394 A JP60263394 A JP 60263394A JP 26339485 A JP26339485 A JP 26339485A JP 2578759 B2 JP2578759 B2 JP 2578759B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板に形成された拡散層とアルミニ
ウム等の配線層とをバリア層を介して互いに接続した半
導体装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device in which a diffusion layer formed on a semiconductor substrate and a wiring layer made of aluminum or the like are connected to each other via a barrier layer.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、半導体基板に形成されたp型拡散層と配線
層とを上記p型拡散層側に形成されたチタン層とこのチ
タン層に積層させて上記配線層側に形成された窒化チタ
ン層とからなるバリア層を介して互いに接続し、上記p
型拡散層のp型不純物の表面濃度を1.4×1020cm-3以上
にすることによって、p型拡散層と配線層とを直接接触
させた場合に生じるアロイスパイクの発生をきわめて効
果的に防止すると共に、上記p型拡散層と上記バリア層
との間のオーミック性を高め且つコンタクト抵抗を減少
させるようにしたものである。
The present invention relates to a titanium layer formed on the p-type diffusion layer side and a titanium nitride layer formed on the wiring layer side by laminating a p-type diffusion layer and a wiring layer formed on a semiconductor substrate on the p-type diffusion layer side Are connected to each other through a barrier layer consisting of
By setting the surface concentration of the p-type impurity in the p-type diffusion layer to 1.4 × 10 20 cm -3 or more, the generation of alloy spikes that occurs when the p-type diffusion layer and the wiring layer are brought into direct contact is extremely effectively prevented. In addition, the ohmic property between the p-type diffusion layer and the barrier layer is increased and the contact resistance is reduced.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体基板に設けた不純物拡散層にアルミニウム配線
層を直接接触させると、後の熱処理時にアルミニウムが
拡散層の表面から侵入してこの拡散層を突き抜けてしま
い、基板とショートするいわゆるアロイスパイクが生じ
る。
When an aluminum wiring layer is brought into direct contact with an impurity diffusion layer provided on a semiconductor substrate, aluminum enters from the surface of the diffusion layer and penetrates through the diffusion layer during a subsequent heat treatment, resulting in a so-called alloy spike that short-circuits with the substrate.

そこでこれを防止するために、窒化チタン層を含むバ
リア層を拡散層と配線層との間に設けることが行なわれ
ている。例えば特開昭58−101454号公報に記載されてい
る装置では、シリコン半導体基板の拡散層上に、第1層
としてチタン(Ti)又は白金シリサイド(PtSi)の層を
形成し、この第1層上に窒化チタン(TiN)の第2層を
形成し、この第2層の上にアルミニウム(Al)の配線層
を形成している。このように、TiNとTi又はPtSiとの2
層構造のバリア層を拡散層と配線層との間に介在させる
ことにより、Alのアロイスパイクが防止される。
Therefore, in order to prevent this, a barrier layer including a titanium nitride layer is provided between the diffusion layer and the wiring layer. For example, in an apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-101454, a titanium (Ti) or platinum silicide (PtSi) layer is formed as a first layer on a diffusion layer of a silicon semiconductor substrate. A second layer of titanium nitride (TiN) is formed thereon, and a wiring layer of aluminum (Al) is formed on the second layer. Thus, two of TiN and Ti or PtSi
By interposing a barrier layer having a layer structure between the diffusion layer and the wiring layer, alloy spikes of Al are prevented.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、上述のように例えばTi層とこのTi層に積層
して形成したTiN層ととからなるバリア層を用いた場
合、従来の半導体装置では十分に小さなコンタクト抵抗
(例えば100Ω以下)が得られず、また特にp+拡散層と
の間で良好なオーミック接触が得られないという欠点が
あった。
However, when a barrier layer composed of, for example, a Ti layer and a TiN layer formed by laminating the Ti layer is used as described above, a sufficiently small contact resistance (for example, 100 Ω or less) can be obtained in a conventional semiconductor device. In addition, there is a disadvantage that good ohmic contact cannot be obtained particularly with the p + diffusion layer.

そこで本発明の目的は、上述のようにTi層とこのTi層
に積層して形成したTiN層とからなるバリア層を用いて
アロイスパイクを防止するようにした半導体装置におい
て、コンタクト抵抗を十分に小さくし、且つp+拡散層と
も良好なオーミック接触が得られる半導体装置を提供す
ることである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which alloy spikes are prevented by using a barrier layer composed of a Ti layer and a TiN layer formed by laminating the Ti layer as described above, to sufficiently reduce contact resistance. An object of the present invention is to provide a semiconductor device which is reduced in size and can obtain good ohmic contact with ap + diffusion layer.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記の目的は、本発明により、半導体基板に形成され
たP型拡散層と配線層とが上記P型拡散層側に形成され
たチタン層とこのチタン層に積層させて上記配線層側に
形成された窒化チタン層とからなるバリア層を介して互
いに接続された半導体装置において、上記P型拡散層の
p型不純物の表面濃度を1.4×1020cm-3以上に制御する
ことによって達成される。
The object of the present invention is to form a P-type diffusion layer and a wiring layer formed on a semiconductor substrate on a titanium layer formed on the P-type diffusion layer side and a titanium layer formed on the titanium layer on the wiring layer side according to the present invention. In a semiconductor device connected to each other via a barrier layer made of a titanium nitride layer formed by controlling the surface concentration of the p-type impurity in the p-type diffusion layer to 1.4 × 10 20 cm −3 or more. .

すなわち、第1図に示すように、半導体基板1に形成
されたp+拡散層2は、絶縁層3に設けられた開口内に露
出している。そしてこの露出した拡散層2の表面に、Ti
からなる第1のバリア層4が形成され、この第1のバリ
ア層4上にTiNからなる第2のバリア層5がこの第1の
バリア層に積層されて形成されている。そしてこれらの
バリア層4、5を介して、Al等からなる配線層6が拡散
層2に接続されている。 このようにTi層とTi層に積層
させて形成させたTiN層とからなるバリア層を介して配
線層6を拡散層2に接続すると、従来はコンタクト抵抗
が大きくなり、また特にp+拡散層に対してオーミック接
触が得られにくかったが、本発明により拡散層のp型不
純物の表面濃度を1.4×1020cm-3以上に制御することに
よってコンタクト抵抗が小さくなり、しかもp+拡散層に
対しても良好なオーミック接触の得られることが見出さ
れた。
That is, as shown in FIG. 1, the p + diffusion layer 2 formed in the semiconductor substrate 1 is exposed in an opening provided in the insulating layer 3. Then, the surface of the exposed diffusion layer 2 is coated with Ti
A first barrier layer 4 made of TiN is formed, and a second barrier layer 5 made of TiN is formed on the first barrier layer 4 by being laminated on the first barrier layer. A wiring layer 6 made of Al or the like is connected to the diffusion layer 2 via the barrier layers 4 and 5. When the wiring layer 6 is connected to the diffusion layer 2 via the barrier layer composed of the Ti layer and the TiN layer formed by laminating the Ti layer, the contact resistance conventionally increases, and especially, the p + diffusion layer Although it was difficult to obtain an ohmic contact to the contact layer, the contact resistance was reduced by controlling the surface concentration of the p-type impurity in the diffusion layer to 1.4 × 10 20 cm −3 or more according to the present invention, and the p + It was also found that good ohmic contact was obtained.

拡散層の表面濃度を増大させる方法としては、ドーズ
量を増加する方法、或いは短時間アニールの採用等があ
る。
As a method of increasing the surface concentration of the diffusion layer, there is a method of increasing the dose amount, adoption of short-time annealing, or the like.

〔実施例〕 以下、実施例に基いて本発明を説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described based on examples.

不純物種としてBF2 +を用い、50keVの条件で、ドーズ
量を種々に変え、200Å厚のSiO2膜を通してp+拡散層を
形成した。拡散条件は次の通りであった。すなわち、94
0℃で20分間電気炉で熱処理した後、SiO2膜にコンタク
ト用の窓開けを行って、さらに900℃で10分間電気炉で
熱処理した。
BF 2 + was used as an impurity species and the dose was variously changed under the condition of 50 keV, and a p + diffusion layer was formed through a 200-mm thick SiO 2 film. The diffusion conditions were as follows. That is, 94
After heat treatment in an electric furnace at 0 ° C. for 20 minutes, a window for contact was opened in the SiO 2 film, and heat treatment was further performed in an electric furnace at 900 ° C. for 10 minutes.

このときのドーズ量I2と拡散深さxj及びドーズ量I2
コンタクト抵抗ρとの関係を夫々第2図に示した。こ
の図から、ドーズ量I2が2×1015cm-2と3×1015cm-2
の間でコンタクト抵抗ρが急激に下がることがわか
る。
The relationship between the dose I 2 and the diffusion depth x j and dose I 2 and the contact resistance [rho S at this time are shown in respectively Figure 2. From this figure, it can be seen that the contact resistance ρ S drops sharply when the dose I 2 is between 2 × 10 15 cm −2 and 3 × 10 15 cm −2 .

このρとxjの結果から、ドーズ量I2と拡散層の表面
濃度CSとの関係を求めると下記表のようになる。
From the results of ρ S and x j , the relationship between the dose I 2 and the surface concentration C S of the diffusion layer is obtained as shown in the following table.

この表面濃度CSとコンタクト抵抗ρとの関係を第3
図に示す。この図から、表面濃度CSが1.4×1020cm-3
上であれば、充分小さなコンタクト抵抗の得られること
がわかる。なお、○は1×1μm、△は1×1.2μmの
コンタクト面積でのコンタクト抵抗を示し、これらの○
および△のいずれも、BF2のイオン注入を用いて形成し
た拡散領域でのデータである。
The relationship between the surface concentration C S and the contact resistance ρ S is shown in FIG.
Shown in the figure. From this figure, it can be seen that if the surface concentration CS is 1.4 × 10 20 cm −3 or more, a sufficiently small contact resistance can be obtained. ○ indicates a contact resistance of 1 × 1 μm and △ indicates a contact resistance of 1 × 1.2 μm.
Each of (1) and ( 2 ) is data in a diffusion region formed by using BF 2 ion implantation.

一方、上述した条件でドーズ量を2×1015cm-2とした
p+拡散層と、Ti及びTiNの2層構造のバリア層とのコン
タクトについて調べたところ、充分なオーミック接触は
得られなかった。そしてドーズ量を3×1015cm-2とする
と良好なオーミック接触が得られた。
On the other hand, the dose was set to 2 × 10 15 cm −2 under the above-described conditions.
When the contact between the p + diffusion layer and the barrier layer having the two-layer structure of Ti and TiN was examined, sufficient ohmic contact was not obtained. When the dose was set to 3 × 10 15 cm −2 , good ohmic contact was obtained.

そこで二次イオン質量分析を行った結果、Bのp+拡散
層の表面濃度CSが1.0〜1.4×1020cm-3付近にオーミック
接触と非オーミック接触との境界のあることがわかっ
た。そしてこの表面濃度CSが上記1.4×1020cm-3以上で
あれば、充分なオーミック接触の得られることがわかっ
た。
Therefore results of secondary ion mass spectrometry, surface concentration C S of the p + diffusion layer of B was found to be a boundary between the ohmic contact and a non-ohmic contact with the vicinity of 1.0~1.4 × 10 20 cm -3. When the surface concentration CS was 1.4 × 10 20 cm −3 or more, sufficient ohmic contact was obtained.

なおn+拡散層に対しては、Ti及びTiNの2層構造のバ
リア層は良好なオーミック接触を示した。
The barrier layer having a two-layer structure of Ti and TiN showed good ohmic contact with the n + diffusion layer.

次に、Ti及びTiNの2層構造のバリア性について調べ
た。
Next, the barrier property of the two-layer structure of Ti and TiN was examined.

まず500ÅのTi層を拡散層上に形成し、次いで、Ar:N2
=4:1の反応性スパッタリングによって1000Å厚のTiN層
を形成した。そしてこの上に4000Å厚のSi含有Alと1μ
m厚のAlとの積層構造を形成した。拡散深さxj=0.2μ
mのn+拡散層とxj=0.3μmのp+拡散層とについて調べ
たが、いずれの場合も、450℃、2時間の処理でアロイ
スパイクは生じなかった。
First, a 500Å Ti layer is formed on the diffusion layer, and then Ar: N 2
A TiN layer having a thickness of 1000 mm was formed by reactive sputtering of = 4: 1. Then, 4,000mm thick Si-containing Al and 1μ
A laminated structure with m-thick Al was formed. Diffusion depth x j = 0.2μ
It was examined and the n + diffusion layer and the x j = 0.3 [mu] m of the p + diffusion layer of m, but in any case, 450 ° C., alloy spike did not occur in the 2 hours.

以上からわかるように、Si含有AlとSi基板との間にTi
及びTiNからなるバリア層を形成することによって、相
互拡散によるAlの拡散層への侵入を防止することができ
る。またコンタクト面へのSiの析出を防ぎ、コンタクト
の実効面積を減らさないのでコンタクト抵抗が比較的低
くなる。さらに、Alによるp型傾向のSi粒子がn+コンタ
クト上に発生しないため、n+拡散層に対しても良好なオ
ーミック接触が得られる。
As can be seen from the above, Ti between the Si-containing Al and the Si substrate
By forming a barrier layer made of TiN and TiN, penetration of Al into the diffusion layer due to interdiffusion can be prevented. In addition, since the deposition of Si on the contact surface is prevented and the effective area of the contact is not reduced, the contact resistance is relatively low. Further, since p-type Si particles due to Al are not generated on the n + contact, a good ohmic contact with the n + diffusion layer can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、半導体基板に形成されたp型拡散層
と配線層とを上記p型拡散層側に形成されたチタン層と
このチタン層に積層させて上記配線層側に形成された窒
化チタン層とからなるバリア層を介して互いに接続した
ので、p型拡散層と配線層とを直接接触させた場合に生
じるアロイスパイクの発生をきわめて効果的に防止する
ことができる。
According to the present invention, the p-type diffusion layer and the wiring layer formed on the semiconductor substrate are laminated on the titanium layer formed on the p-type diffusion layer side and the nitride layer formed on the wiring layer side by laminating the titanium layer on the titanium layer. Since they are connected to each other via the barrier layer composed of the titanium layer, the generation of alloy spikes that occurs when the p-type diffusion layer and the wiring layer are brought into direct contact can be extremely effectively prevented.

また、p型拡散層のp型不純物の表面濃度を1.4×10
20cm-3以上に制御しているので、チタン層とこのチタン
層に積層させて形成された窒化チタン層とからなるバリ
ア層をこのp型拡散層と配線層との間に設けたときに、
そのコンタクト抵抗を例えば100Ω以下と小さくするこ
とができ、また、拡散層がp型であるにもかかわらず、
良好なオーミック接触を得ることができる。
Further, the surface concentration of the p-type impurity in the p-type diffusion layer is set to 1.4 × 10
Since it is controlled to 20 cm -3 or more, when a barrier layer composed of a titanium layer and a titanium nitride layer formed by being laminated on the titanium layer is provided between the p-type diffusion layer and the wiring layer, ,
The contact resistance can be reduced to, for example, 100Ω or less, and despite the fact that the diffusion layer is p-type,
Good ohmic contact can be obtained.

また、p型拡散層のp型不純物の表面濃度を増すこと
によってパターンの微細化が図れるので、例えば0.5μ
mルールの利用が可能になる。
Further, the pattern can be miniaturized by increasing the surface concentration of the p-type impurity in the p-type diffusion layer.
m rules can be used.

さらに、1つの基板にn+拡散層とp+拡散層とが形成さ
れている場合、これらに同じバリア層(TiとTiNとの2
層構造)を用いることができるので、装置の製造が簡便
になる。
Further, when an n + diffusion layer and a p + diffusion layer are formed on one substrate, the same barrier layer (two layers of Ti and TiN)
Layer structure), the manufacture of the device is simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例による半導体装置の要部断面
図、第2図はドーズ量と拡散深さ及びコンタクト抵抗と
の関係を示すグラフ、第3図は拡散層のp型不純物の表
面濃度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。 なお図面に用いた符号において、 1……半導体基板 2……拡散層 4……第1のバリア層 5……窒化チタン層 6……配線層 である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing a relationship between a dose amount, a diffusion depth, and a contact resistance, and FIG. 5 is a graph showing a relationship between a surface concentration and a contact resistance. In addition, in the code | symbol used for drawing, 1 ... Semiconductor substrate 2 ... Diffusion layer 4 ... First barrier layer 5 ... Titanium nitride layer 6 ... Wiring layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/06 H01L 27/08 102D 27/088 29/36 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H01L 27/06 H01L 27/08 102D 27/088 29/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板に形成されたp型拡散層と配線
層とが上記p型拡散層側に形成されたチタン層とこのチ
タン層に積層させて上記配線層側に形成された窒化チタ
ン層とからなるバリア層を介して互いに接続され、 上記p型拡散層のp型不純物の表面濃度が1.4×1020cm
-3以上であることを特徴とする半導体装置。
1. A p-type diffusion layer and a wiring layer formed on a semiconductor substrate, a titanium layer formed on the p-type diffusion layer side, and a titanium nitride formed on the titanium layer by laminating the titanium layer on the titanium layer. The p-type diffusion layer has a surface concentration of 1.4 × 10 20 cm.
A semiconductor device, characterized by being at least -3 .
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