JP2608283B2 - 半導体材料と電気伝導素子を含むデバイス及びその製造方法 - Google Patents
半導体材料と電気伝導素子を含むデバイス及びその製造方法Info
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- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
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- Y10T428/12806—Refractory [Group IVB, VB, or VIB] metal-base component
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は金属と半導体材料との間で電気的伝導を行な
うインタフェースまたは接点層に関する。
うインタフェースまたは接点層に関する。
集積デバイス技術はメタライゼーション層の使用と、
半導体及び絶縁体材料上へのこの層のパターン化とに大
きく依存している。典型的にはそのような材料はドープ
した、または非ドープのシリコン、ガリウムヒ素、その
他の二元、三元、または四元III−ＶまたはII−VI半導
体材料、または絶縁体材料、例えばシリカ、アルミナ、
ポリマー層である。一般的なメタライゼーション材料は
一群の貴金属から選ぶことができる。
半導体及び絶縁体材料上へのこの層のパターン化とに大
きく依存している。典型的にはそのような材料はドープ
した、または非ドープのシリコン、ガリウムヒ素、その
他の二元、三元、または四元III−ＶまたはII−VI半導
体材料、または絶縁体材料、例えばシリカ、アルミナ、
ポリマー層である。一般的なメタライゼーション材料は
一群の貴金属から選ぶことができる。
例えば米国特許第3,881,884には金、プラチナ、パラ
ジウム、イリジウム、ロジウム、ルチニウムまたはオス
ミウムの露出層を含む合成伝導層の製作が開示されてい
る。下部の非貴金属導体材料はチタニウム抗拡散層によ
り絶縁基板から分離されている。
ジウム、イリジウム、ロジウム、ルチニウムまたはオス
ミウムの露出層を含む合成伝導層の製作が開示されてい
る。下部の非貴金属導体材料はチタニウム抗拡散層によ
り絶縁基板から分離されている。
米国特許第3,657,029号にはプラチナ、パラジウム、
ロジウム、ルチニウム、オスミウムまたはイリジウムの
多層メタライゼーションをパターン化する方法が開示さ
れている。チタニウムまたはクロミウムの層がマスク材
料として用いられている。
ロジウム、ルチニウム、オスミウムまたはイリジウムの
多層メタライゼーションをパターン化する方法が開示さ
れている。チタニウムまたはクロミウムの層がマスク材
料として用いられている。
貴金属に代わる安価代用品としてアルミニウム及びア
ルミニウム合金を用いるのも一般的である。例えば米国
特許第4,170,890号にはアルミニウム及びアルミニウム
−銅導体ストライプメタライゼーションが開示されてい
る。
ルミニウム合金を用いるのも一般的である。例えば米国
特許第4,170,890号にはアルミニウム及びアルミニウム
−銅導体ストライプメタライゼーションが開示されてい
る。
アルミニウムまたはアルミニウム合金がシリコンデバ
イスのメタライゼーション用に用いられる場合は典型的
にはドープシリコンソース領域、ドープシリコンドレイ
ン領域及びシリコン酸化物ゲート領域の間、及びアルミ
ニウムを含む相互接続メタライゼーションの間に接点材
料が配置される。さらに、接点と相互接続メタライゼー
ションとの間にインタフェース材料を挿入すると望まし
いことが判っている。そのようなインタフェース材料は
抵抗率が望ましいほどに低く、デバイス製作工程の間に
相互拡散に対する障壁としてふるまう。
イスのメタライゼーション用に用いられる場合は典型的
にはドープシリコンソース領域、ドープシリコンドレイ
ン領域及びシリコン酸化物ゲート領域の間、及びアルミ
ニウムを含む相互接続メタライゼーションの間に接点材
料が配置される。さらに、接点と相互接続メタライゼー
ションとの間にインタフェース材料を挿入すると望まし
いことが判っている。そのようなインタフェース材料は
抵抗率が望ましいほどに低く、デバイス製作工程の間に
相互拡散に対する障壁としてふるまう。
この観点からインタフェース材料としてタングステン
が提唱されてきたけれども、高温においても効能を維持
する相互拡散障壁への需要は依然として残っている。特
にそのような障壁は約450℃よりもはるかに高い温度に
おいて効率的であることが望ましい。
が提唱されてきたけれども、高温においても効能を維持
する相互拡散障壁への需要は依然として残っている。特
にそのような障壁は約450℃よりもはるかに高い温度に
おいて効率的であることが望ましい。
アルミニウムまたはアルミニウム合金メタライゼーシ
ョンが用いられるデバイス製造において、チタニウムと
半導体材料の交互アモルファス層から成る構造が接点及
びインタフェース層として適切であることが判った。
ョンが用いられるデバイス製造において、チタニウムと
半導体材料の交互アモルファス層から成る構造が接点及
びインタフェース層として適切であることが判った。
図はｎ−チャネル金属−酸化物−半導体デバイス（MO
S）の断面を概略的に示す。このデバイスはn+にドープ
されているソース領域２及びドレイン領域３を除いてp+
にドープされているシリコン体部１を含む。チャネル領
域４はゲート酸化物層５で覆われており、フィールド酸
化物領域６はソース領域２とドレイン領域３に隣接して
いる。ソース領域２の上にソース接点層７が、ドレイン
領域３の上にドレイン接点層８が、ゲート酸化物層５の
上にゲート接点層９が配設されている。接点層７及び８
の上にはそれぞれインタフェース層10及び11が配設され
ている。第１の絶縁酸化物層12はゲート接点層９と同様
フィールド酸化物領域を絶縁する。第１の相互接続メタ
ライゼーション13は層９、10及び11と隣接した状態で示
されている。相互接続メタライゼーション層13の上に第
２の絶縁酸化物層14が配設され、第２絶縁酸化物層14の
上の第２の相互接続メタライゼーション層15は第１相互
接続メタライゼーション層13と第２絶縁酸化物層14中に
エッチされた窓20を介して接触している。
S）の断面を概略的に示す。このデバイスはn+にドープ
されているソース領域２及びドレイン領域３を除いてp+
にドープされているシリコン体部１を含む。チャネル領
域４はゲート酸化物層５で覆われており、フィールド酸
化物領域６はソース領域２とドレイン領域３に隣接して
いる。ソース領域２の上にソース接点層７が、ドレイン
領域３の上にドレイン接点層８が、ゲート酸化物層５の
上にゲート接点層９が配設されている。接点層７及び８
の上にはそれぞれインタフェース層10及び11が配設され
ている。第１の絶縁酸化物層12はゲート接点層９と同様
フィールド酸化物領域を絶縁する。第１の相互接続メタ
ライゼーション13は層９、10及び11と隣接した状態で示
されている。相互接続メタライゼーション層13の上に第
２の絶縁酸化物層14が配設され、第２絶縁酸化物層14の
上の第２の相互接続メタライゼーション層15は第１相互
接続メタライゼーション層13と第２絶縁酸化物層14中に
エッチされた窓20を介して接触している。
本発明に従えば、ゲート接点層９、インタフェース層
10、インタフェース層11のような接点層またはインタフ
ェース層はチタニウムと半導体材料の交互アモルファス
層から成る構造として形成される。（特に高温処理条件
下で層インタフェースにおいてある程度の合金形成が生
じることがわかる。そのような部分的合金は層状構造の
抗相互拡散効能を大きく減少させるものではなく、望ま
しい程に低い接点抵抗を得るのに役立つと思われる。） チタニウム層は少くとも99重量％のチタニウムを含
み、残りの最大１％は鉄またはニッケルのような不純物
から成るのが好ましい。本質的にアモルファスの構造と
いう点から見れば、チタニウム層の厚さは約８ナノメー
タを超えることはなく、好ましくは５ナノメータであ
る。連続層の堆積を容易にするためには好ましい厚さは
少くとも0.1マイクロメータである。
10、インタフェース層11のような接点層またはインタフ
ェース層はチタニウムと半導体材料の交互アモルファス
層から成る構造として形成される。（特に高温処理条件
下で層インタフェースにおいてある程度の合金形成が生
じることがわかる。そのような部分的合金は層状構造の
抗相互拡散効能を大きく減少させるものではなく、望ま
しい程に低い接点抵抗を得るのに役立つと思われる。） チタニウム層は少くとも99重量％のチタニウムを含
み、残りの最大１％は鉄またはニッケルのような不純物
から成るのが好ましい。本質的にアモルファスの構造と
いう点から見れば、チタニウム層の厚さは約８ナノメー
タを超えることはなく、好ましくは５ナノメータであ
る。連続層の堆積を容易にするためには好ましい厚さは
少くとも0.1マイクロメータである。
半導体層は非ドープ、ｐドープまたはｎドープ半導体
材料で形成することができる。そのような材料は元素で
も、化合物でも、混合物でも良い。シリコン基板とアル
ミニウムメタライゼーションとの間のインタフェース構
造にはチタニウムと組合わせたシリコンが特に適切と考
えられる。シリコン層の厚さはチタニウム層の厚さほど
には厳密ではない。しかし本発明の目的に照らし合わせ
れば、10ナノメータを超える厚さは非経済的と考えられ
る。さらに、堆積層の連続性のためには少くとも0.1マ
イクロメータの厚さが好ましい。
材料で形成することができる。そのような材料は元素で
も、化合物でも、混合物でも良い。シリコン基板とアル
ミニウムメタライゼーションとの間のインタフェース構
造にはチタニウムと組合わせたシリコンが特に適切と考
えられる。シリコン層の厚さはチタニウム層の厚さほど
には厳密ではない。しかし本発明の目的に照らし合わせ
れば、10ナノメータを超える厚さは非経済的と考えられ
る。さらに、堆積層の連続性のためには少くとも0.1マ
イクロメータの厚さが好ましい。
交互層のくり返し回数は１ないし500、好ましくは２
ないし500であり、くり返し回数が多くなると相互拡散
に対する保護が強まりかつ接点抵抗が大きくなる。
ないし500であり、くり返し回数が多くなると相互拡散
に対する保護が強まりかつ接点抵抗が大きくなる。
本発明の構造は高温処理を含むデバイス製造工程にお
いてアルミニウムメタライゼーションと半導体材料また
は絶縁体材料との間の相互拡散に対する保護を与えるこ
とを主として意図している。この観点から半導体デバイ
ス処理には200℃を超す温度に加熱する処理を含めるこ
とができる。アルミニウムメタライゼーションは典型的
には、少量の銅と合金したアルミニウムで作られる。ア
ルミニウム量は少くとも90重量％が好ましい。絶縁体材
料及び半導体材料の中でも特に重要なのは酸化シリコン
及びｎドープまたはｐドープシリコンである。
いてアルミニウムメタライゼーションと半導体材料また
は絶縁体材料との間の相互拡散に対する保護を与えるこ
とを主として意図している。この観点から半導体デバイ
ス処理には200℃を超す温度に加熱する処理を含めるこ
とができる。アルミニウムメタライゼーションは典型的
には、少量の銅と合金したアルミニウムで作られる。ア
ルミニウム量は少くとも90重量％が好ましい。絶縁体材
料及び半導体材料の中でも特に重要なのは酸化シリコン
及びｎドープまたはｐドープシリコンである。
後のデバイス動作の間の接点抵抗を最小にするため
に、層状構造の温度を上げるためのデバイス処理の一部
として局所的短時間加熱を用いることができる。それは
半導体とチタニウム層の少なくとも部分的な相互拡散
と、おそらく化学量論的化合物の形成とを考慮するため
である。そのような局所的加熱は例えば赤外線レーザ放
射によって実行することができる。
に、層状構造の温度を上げるためのデバイス処理の一部
として局所的短時間加熱を用いることができる。それは
半導体とチタニウム層の少なくとも部分的な相互拡散
と、おそらく化学量論的化合物の形成とを考慮するため
である。そのような局所的加熱は例えば赤外線レーザ放
射によって実行することができる。
実例１ 1:100の割合で水中にフッ化水素酸を含む溶液で洗浄
した後スピン乾燥したｐ型｛001｝シリコン基板上に電
子ビーム蒸着によりチタニウムとシリコンの交互層を堆
積とした。堆積工程中、基板温度は約５℃であった。堆
積は残留ふんい気が分圧約667×10-9Pa（約５×10-9tor
r）の水素から本質的に成る真空中で行なった。電子ガ
ンは電位約9KVに保持され、堆積速度は約0.08ナノメー
タ／秒であった。チタニウムとシリコンの個々の層の厚
さはそれぞれ１ナノメータ及び２ナノメータであり、チ
タニウムとシリコンの交互層（くり返し回数５個）を有
する構造を堆積した。次にこの構造を厚さ約120ナノメ
ータのアルミニウム−銅の層でメタライズした。
した後スピン乾燥したｐ型｛001｝シリコン基板上に電
子ビーム蒸着によりチタニウムとシリコンの交互層を堆
積とした。堆積工程中、基板温度は約５℃であった。堆
積は残留ふんい気が分圧約667×10-9Pa（約５×10-9tor
r）の水素から本質的に成る真空中で行なった。電子ガ
ンは電位約9KVに保持され、堆積速度は約0.08ナノメー
タ／秒であった。チタニウムとシリコンの個々の層の厚
さはそれぞれ１ナノメータ及び２ナノメータであり、チ
タニウムとシリコンの交互層（くり返し回数５個）を有
する構造を堆積した。次にこの構造を厚さ約120ナノメ
ータのアルミニウム−銅の層でメタライズした。
堆積した構造を温度約450℃で焼なまし、この焼なま
した構造をラザフォード後方散乱及びＸ線分析を用いて
検査した。この構造の優れた保護状態が観察された。次
にこの構造を温度約550℃で焼なましたが、再び優れた
保護状態が観察された。
した構造をラザフォード後方散乱及びＸ線分析を用いて
検査した。この構造の優れた保護状態が観察された。次
にこの構造を温度約550℃で焼なましたが、再び優れた
保護状態が観察された。
比較するために、従来型のタングステン相互拡散障壁
層を同様にして焼なました。このタングステン双壁層は
温度450℃での焼なましの後では完全であったが、550℃
での焼なましの結果相互拡散を生じ、基板のシリコン、
メタライゼーションのアルミニウムとの反応を生じた。
層を同様にして焼なました。このタングステン双壁層は
温度450℃での焼なましの後では完全であったが、550℃
での焼なましの結果相互拡散を生じ、基板のシリコン、
メタライゼーションのアルミニウムとの反応を生じた。
実例２ チタニウム層の厚さがシリコンと同様２ナノメータで
あり、堆積構造のチタニウムとシリコンの交互層のくり
返し回数が10回である点を除いて実例１同様の工程をく
り返した。相互拡散に対する抵抗は実例１と同様のもの
であった。
あり、堆積構造のチタニウムとシリコンの交互層のくり
返し回数が10回である点を除いて実例１同様の工程をく
り返した。相互拡散に対する抵抗は実例１と同様のもの
であった。
図は本発明に従い３個のインタフェース層を含む集積半
導体デバイスを拡散して概略的に示す断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 半導体材料の体部……１ 電気伝導素子……13、15 交互層……10、11
導体デバイスを拡散して概略的に示す断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 半導体材料の体部……１ 電気伝導素子……13、15 交互層……10、11
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−4924（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−132962（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−224270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−45228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−6822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−79450（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−501808（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】半導体材料の層と、少なくとも90重量％の
アルミニウムを含む材料から成る電気伝導素子とを含む
デバイスにおいて、 該半導体材料層と該伝導素子との間に、本質的にアモル
ファスの交互する第１材料と第２材料のインタフェース
層から成る構造を有し、 該第１材料は本質的にチタニウムから成り、該第２材料
は本質的に半導体材料から成ることを特徴とするデバイ
ス。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該第１材料は99重量％以上のチタニウムを含むことを特
徴とするデバイス。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該第１材料のインタフェース層の厚さはそれぞれ８ナノ
メータに満たないことを特徴とするデバイス。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該第２材料のインタフェース層は複数の層から成り、該
第２材料のインタフェース層の複数の層の全ては本質的
に同一の第２材料から成ることを特徴とするデバイス。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該第２材料は本質的に元素、化合物又は混合物の形態で
あることを特徴とするデバイス。 - 【請求項６】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該第２材料は本質的にシリコンから成ることを特徴とす
るデバイス。 - 【請求項７】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該半導体材料の層は本質的にシリコンから成ることを特
徴とするデバイス。 - 【請求項８】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該構造はソース領域、ドレイン領域及びゲート絶縁層の
うち少なくとも１つの上に配設されることを特徴とする
デバイス。 - 【請求項９】特許請求の範囲第１項記載のデバイスにお
いて、 該電気伝導素子の材料は銅を含むことを特徴とするデバ
イス。 - 【請求項１０】半導体材料の層と、少なくとも90重量％
のアルミニウムを含む材料から成る電気伝導素子とを含
むデバイスを製造する方法において、 該電気伝導素子を含む該デバイスの処理が200℃を超え
る温度での処理を行う際に該半導体材料の層と該伝導素
子との間に、本質的にアモルファスのインタフェース交
互層から成る構造を有するようにしておき、 該インタフェース交互層は本質的にチタニウムから成る
第１材料の層と、本質的に半導体材料から成る第２材料
の層から成ることを特徴とするデバイスの製造方法。
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|---|---|---|---|
| US06/850,978 US4725877A (en) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | Metallized semiconductor device including an interface layer |
| US850978 | 1986-04-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62295453A JPS62295453A (ja) | 1987-12-22 |
| JP2608283B2 true JP2608283B2 (ja) | 1997-05-07 |
Family
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|---|---|---|---|
| JP62087235A Expired - Lifetime JP2608283B2 (ja) | 1986-04-11 | 1987-04-10 | 半導体材料と電気伝導素子を含むデバイス及びその製造方法 |
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| JP (1) | JP2608283B2 (ja) |
| KR (1) | KR950007351B1 (ja) |
| CA (1) | CA1258718A (ja) |
| DE (1) | DE3784757T2 (ja) |
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| US4017890A (en) * | 1975-10-24 | 1977-04-12 | International Business Machines Corporation | Intermetallic compound layer in thin films for improved electromigration resistance |
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1987
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- 1987-04-10 JP JP62087235A patent/JP2608283B2/ja not_active Expired - Lifetime
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