JP2730265B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法Info
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- wiring
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置とその製造方法、特に、半導体基
板と配線電極とのコンタクト構造とその形成方法に関す
る。
板と配線電極とのコンタクト構造とその形成方法に関す
る。
従来、半導体基板（Si）と配線金属（Al）とのコンタ
クトを形成する際、コンタクト孔へのAlの埋め込みは、
DCマグネトロンスパッタで行う方法、又はタングステン
の選択的化学的気相成長法で行う方法、さらにはDCマグ
ネトロンスパッタ中にバイアス電圧を印加して行う方法
等が考えられている。
クトを形成する際、コンタクト孔へのAlの埋め込みは、
DCマグネトロンスパッタで行う方法、又はタングステン
の選択的化学的気相成長法で行う方法、さらにはDCマグ
ネトロンスパッタ中にバイアス電圧を印加して行う方法
等が考えられている。
しかし、DCマグネトロンスパッタによる方法では、コ
ンタクト孔のアスペクト比が大きくなると被覆率が悪く
なり、導通不良を生じる。また、このためタングステン
の選択的化学的気相成長による埋め込みも研究されてい
るが、プロセスの不安定性のため未だ実用化されていな
い。さらに、DCマグネトロンスパッタ中にバイアス電圧
を印加し、500℃の高温でAlを埋め込む方法もあるが、
温度が高すぎるためまだ実用化されていない。
ンタクト孔のアスペクト比が大きくなると被覆率が悪く
なり、導通不良を生じる。また、このためタングステン
の選択的化学的気相成長による埋め込みも研究されてい
るが、プロセスの不安定性のため未だ実用化されていな
い。さらに、DCマグネトロンスパッタ中にバイアス電圧
を印加し、500℃の高温でAlを埋め込む方法もあるが、
温度が高すぎるためまだ実用化されていない。
本発明の目的は前記課題を解決した半導体装置とその
製造方法を提供することにある。
製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の半導体装置では、
半導体上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜にコンタクト
孔が開口され、コンタクト孔内に低融点のアルミニウム
合金が形成され、その上に配線が形成されている。また
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、開口部
形成工程と、充填工程と、バリア形成工程と、配線形成
工程とを含む半導体装置の製造方法であって、 開口部形成工程は、一導電型半導体基板の一主面上に
形成された絶縁膜に、該基板の一主面に達するコンタク
ト孔を開口するものであり、 充填工程は、低融点のアルミニウム合金をコンタクト
孔に充填し、かつ絶縁膜上にアルミニウム合金膜を形成
するものであり、 バリア形成工程は、コンタクト孔に充填されたアルミ
ニウム合金を含むアルミニウム合金膜をバリアメタル薄
膜で被覆するものであり、 配線形成工程は、配線層をバリアメタル薄膜上に形成
するものである。
半導体上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜にコンタクト
孔が開口され、コンタクト孔内に低融点のアルミニウム
合金が形成され、その上に配線が形成されている。また
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、開口部
形成工程と、充填工程と、バリア形成工程と、配線形成
工程とを含む半導体装置の製造方法であって、 開口部形成工程は、一導電型半導体基板の一主面上に
形成された絶縁膜に、該基板の一主面に達するコンタク
ト孔を開口するものであり、 充填工程は、低融点のアルミニウム合金をコンタクト
孔に充填し、かつ絶縁膜上にアルミニウム合金膜を形成
するものであり、 バリア形成工程は、コンタクト孔に充填されたアルミ
ニウム合金を含むアルミニウム合金膜をバリアメタル薄
膜で被覆するものであり、 配線形成工程は、配線層をバリアメタル薄膜上に形成
するものである。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において
は、開口部形成工程と、充填工程と、第１及び第２のバ
リア形成工程と、配線形成工程とを含む半導体装置の製
造方法であって、 開口部形成工程は、一導電型半導体基板の一主面上に
形成された絶縁膜に、該基板の一主面に達するコンタク
ト孔を開口するものであり、 第１のバリア形成工程は、コンタクト孔を含む絶縁膜
上に、第１のバリアメタル薄膜を形成するものであり、 充填工程は、低融点のアルミニウム合金を、第１のバ
リアメタル薄膜が形成されたコンタクト孔内に充填する
ものであり、 第２のバリア形成工程は、コンタクト孔内に充填され
たアルミニウム合金を被覆して封じ込める第２のバリア
メタル薄膜を形成するものであり、 配線形成工程は、配線層を第２のバリアメタル薄膜上
に形成するものである。
は、開口部形成工程と、充填工程と、第１及び第２のバ
リア形成工程と、配線形成工程とを含む半導体装置の製
造方法であって、 開口部形成工程は、一導電型半導体基板の一主面上に
形成された絶縁膜に、該基板の一主面に達するコンタク
ト孔を開口するものであり、 第１のバリア形成工程は、コンタクト孔を含む絶縁膜
上に、第１のバリアメタル薄膜を形成するものであり、 充填工程は、低融点のアルミニウム合金を、第１のバ
リアメタル薄膜が形成されたコンタクト孔内に充填する
ものであり、 第２のバリア形成工程は、コンタクト孔内に充填され
たアルミニウム合金を被覆して封じ込める第２のバリア
メタル薄膜を形成するものであり、 配線形成工程は、配線層を第２のバリアメタル薄膜上
に形成するものである。
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、基板一
主面上の絶縁膜開口部に第３図に示すような420℃付近
の融点をもつ低融点アルミニウム合金Al−Geを用い、42
0℃付近の低い温度でAl−Ge膜を溶融状態で形成し、リ
フローしながらコンタクト孔に埋め込み、バリアメタル
の存在により、配線部のAlにはGeが溶け出さないように
し、融点が下がるのを防ぐことができ配線形状を維持で
きる。
主面上の絶縁膜開口部に第３図に示すような420℃付近
の融点をもつ低融点アルミニウム合金Al−Geを用い、42
0℃付近の低い温度でAl−Ge膜を溶融状態で形成し、リ
フローしながらコンタクト孔に埋め込み、バリアメタル
の存在により、配線部のAlにはGeが溶け出さないように
し、融点が下がるのを防ぐことができ配線形状を維持で
きる。
次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
（実施例１） 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例１を示す製造
工程断面図である。
工程断面図である。
第１図（ａ）に示すように、抵抗率10オームcmの４イ
ンチ（100）ｐ型シリコン基板１の表面に酸化膜２をウ
ェット酸素雰囲気の1000℃酸化により厚さ１ミクロン形
成し、通常のフォトリソグラフィにより、パターニング
したフォトレジストをマスクに酸化膜をCF4（25sccm）
＋H2（25sccm）ガスを導入して反応性イオンエッチング
により圧力3Pa、パワー750Wで酸化膜を選択的に異方性
エッチングし、コンタクト孔３を形成する。
ンチ（100）ｐ型シリコン基板１の表面に酸化膜２をウ
ェット酸素雰囲気の1000℃酸化により厚さ１ミクロン形
成し、通常のフォトリソグラフィにより、パターニング
したフォトレジストをマスクに酸化膜をCF4（25sccm）
＋H2（25sccm）ガスを導入して反応性イオンエッチング
により圧力3Pa、パワー750Wで酸化膜を選択的に異方性
エッチングし、コンタクト孔３を形成する。
次にレジストを酸素プラズマにより、圧力100Pa、パ
ワー400W、O250sccmで剥離し、基板１をアンモニア＋過
酸化水素水（1:4）で洗浄した後、1:30の希フッ酸で表
面の自然酸化膜を除去し、DCマグネトロンスパッタによ
りAl−20％Geターゲットから膜厚0.2μｍのAl−20％Ge
膜５をアルゴン圧力6mTorr、パワー7.4kW、基板加熱温
度300℃で形成する。このとき、スパッタ中の実効的ウ
ェーハ温度はAl−Geの融点である420℃付近を越えてお
り、基板１に到達したAl−Ge原子またはクラスターは基
板１上で溶融し、コンタクト孔３に流れ込み、コンタク
ト孔３を埋め、かつ酸化膜２上にAl−20％Ge膜５として
形成される（第１図（ｂ））。
ワー400W、O250sccmで剥離し、基板１をアンモニア＋過
酸化水素水（1:4）で洗浄した後、1:30の希フッ酸で表
面の自然酸化膜を除去し、DCマグネトロンスパッタによ
りAl−20％Geターゲットから膜厚0.2μｍのAl−20％Ge
膜５をアルゴン圧力6mTorr、パワー7.4kW、基板加熱温
度300℃で形成する。このとき、スパッタ中の実効的ウ
ェーハ温度はAl−Geの融点である420℃付近を越えてお
り、基板１に到達したAl−Ge原子またはクラスターは基
板１上で溶融し、コンタクト孔３に流れ込み、コンタク
ト孔３を埋め、かつ酸化膜２上にAl−20％Ge膜５として
形成される（第１図（ｂ））。
次に、バリアメタルとして、チタンタングステン（Ti
W）膜７をコンタクト孔３内に埋め込まれたAl、Al−20
％Ge6を含むAl−20％Ge膜５上にDCマグネトロンスパッ
タでアルゴン圧力8mTorr、パワー1kWで膜厚0.1μｍ形成
し、その上にAl−0.5％Cu合金膜８を膜厚１ミクロン、D
Cマグネトロンスパッタでアルゴン圧力6mTorr、パワー7
kWで形成する（第１図（ｃ））。
W）膜７をコンタクト孔３内に埋め込まれたAl、Al−20
％Ge6を含むAl−20％Ge膜５上にDCマグネトロンスパッ
タでアルゴン圧力8mTorr、パワー1kWで膜厚0.1μｍ形成
し、その上にAl−0.5％Cu合金膜８を膜厚１ミクロン、D
Cマグネトロンスパッタでアルゴン圧力6mTorr、パワー7
kWで形成する（第１図（ｃ））。
引き続いて通常のフォトリソグラフィにより、フォト
レジストをパターニングし、SiCl4（20sccm）＋Ar（10s
ccm）ガスで反応性イオンエッチにより圧力3Pa、パワー
110Wで、Al−１％Si−0.5％Cu合金膜８を異方性エッチ
ングし、続いて、TiW膜７をCF4（25sccm）＋H2（25scc
m）ガスで反応性イオンエッチにより異方性エッチング
し、さらに再びSiCl4（20sccm）＋Ar（10sccm）ガスで
反応性イオンエッチにより圧力3Pa、パワー110WでAl−
１％Si−0.5％Cu膜８を異方性エッチングし、電極配線
を形成する（第１図（ｄ））。なお、パターニング後、
シリコン基板を配線金属とのコンタクトをとるためのシ
ンタリングは、400℃の水素中で行っている。
レジストをパターニングし、SiCl4（20sccm）＋Ar（10s
ccm）ガスで反応性イオンエッチにより圧力3Pa、パワー
110Wで、Al−１％Si−0.5％Cu合金膜８を異方性エッチ
ングし、続いて、TiW膜７をCF4（25sccm）＋H2（25scc
m）ガスで反応性イオンエッチにより異方性エッチング
し、さらに再びSiCl4（20sccm）＋Ar（10sccm）ガスで
反応性イオンエッチにより圧力3Pa、パワー110WでAl−
１％Si−0.5％Cu膜８を異方性エッチングし、電極配線
を形成する（第１図（ｄ））。なお、パターニング後、
シリコン基板を配線金属とのコンタクトをとるためのシ
ンタリングは、400℃の水素中で行っている。
（実施例２） 第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例２を示す製造
工程断面図である。
工程断面図である。
第２図（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の表
面に常圧化学的気相成長によりBPSG（BOROPHOSPHOSILIC
ATE GLASS）22を450℃で１ミクロン形成し、フォトリソ
グラフィにより、パターニングして、フォトレジストを
マスクに酸化膜をCF4（25sccm）＋H2（25sccm）ガスを
導入した反応性イオンエッチングにより圧力3Pa、パワ
ー750Wで異方性エッチングしコンタクト孔３を形成す
る。
面に常圧化学的気相成長によりBPSG（BOROPHOSPHOSILIC
ATE GLASS）22を450℃で１ミクロン形成し、フォトリソ
グラフィにより、パターニングして、フォトレジストを
マスクに酸化膜をCF4（25sccm）＋H2（25sccm）ガスを
導入した反応性イオンエッチングにより圧力3Pa、パワ
ー750Wで異方性エッチングしコンタクト孔３を形成す
る。
第１のバリアメタルとして窒化チタン薄膜24をチタン
ターゲットをアルゴン：窒素＝1:1の混合ガスで圧力8mT
orr（1Torr＝133Pa）パワー1kWのDCマグネトロン反応性
スパッタにより1000Å形成し、つづいてAl−20％Geター
ゲットから2000ÅのAl−Ge膜をアルゴン圧力6mTorr、パ
ワー7.4kW、基板加熱温度300℃で形成する。このとき実
効的基板温度はAl−Geの融点420℃を越えており、基板
１に到達したAl−Ge原子またはクラスターは基板１上で
溶融し、コンタクト孔３に流れ込み、コンタクト孔を埋
める（第２図（ｂ））。
ターゲットをアルゴン：窒素＝1:1の混合ガスで圧力8mT
orr（1Torr＝133Pa）パワー1kWのDCマグネトロン反応性
スパッタにより1000Å形成し、つづいてAl−20％Geター
ゲットから2000ÅのAl−Ge膜をアルゴン圧力6mTorr、パ
ワー7.4kW、基板加熱温度300℃で形成する。このとき実
効的基板温度はAl−Geの融点420℃を越えており、基板
１に到達したAl−Ge原子またはクラスターは基板１上で
溶融し、コンタクト孔３に流れ込み、コンタクト孔を埋
める（第２図（ｂ））。
次に、第２のバリアメタルとして、チタン薄膜27を窒
化チタン薄膜24及びコンタクト孔３に埋め込まれたAl−
Ge6上に渡ってDCマグネトロンスパッタで圧力8mTorr、
パワー1kWで、1000Å形成し、その上にAl−0.5％Cu合金
膜８を１ミクロン、DCマグネトロンスパッタでアルゴン
圧力6mTorr、パワー7kWで形成する（第２図（ｃ））。
化チタン薄膜24及びコンタクト孔３に埋め込まれたAl−
Ge6上に渡ってDCマグネトロンスパッタで圧力8mTorr、
パワー1kWで、1000Å形成し、その上にAl−0.5％Cu合金
膜８を１ミクロン、DCマグネトロンスパッタでアルゴン
圧力6mTorr、パワー7kWで形成する（第２図（ｃ））。
引き続いてフォトリソグラフィにより、Al−0.5％Cu
合金膜８、窒化チタン薄膜24及びチタン薄膜27をパター
ニングし、SiCl4（20sccm）＋Ar（10sccm）ガスで反応
性イオンエッチにより圧力3pa、パワー110Wでドライエ
ッチを行い、電極配線を形成する（第２図（ｄ））。な
お、パターニング後、シリコン基板と配線金属とのコン
タクトをとるためのシンタリングは、400℃、水素雰囲
気で行っている。
合金膜８、窒化チタン薄膜24及びチタン薄膜27をパター
ニングし、SiCl4（20sccm）＋Ar（10sccm）ガスで反応
性イオンエッチにより圧力3pa、パワー110Wでドライエ
ッチを行い、電極配線を形成する（第２図（ｄ））。な
お、パターニング後、シリコン基板と配線金属とのコン
タクトをとるためのシンタリングは、400℃、水素雰囲
気で行っている。
このシンタリングによりAl−20％Geと第２のバリアメ
タルであるTiが反応し、融点の高いAl3Ti等の合金を形
成し、低融点で穴埋めした形状は後工程の熱処理によっ
ても再溶融しない。
タルであるTiが反応し、融点の高いAl3Ti等の合金を形
成し、低融点で穴埋めした形状は後工程の熱処理によっ
ても再溶融しない。
バリアメタルしては以上述べたようにAl−Geと上層の
Al合金が反応しないような役割とAl−Geと反応して融点
を上げる役割があるので、上述の金属の他の高融点金
属、及びシリサイドが含まれることは明らかである。
Al合金が反応しないような役割とAl−Geと反応して融点
を上げる役割があるので、上述の金属の他の高融点金
属、及びシリサイドが含まれることは明らかである。
以上説明したように、本発明によれば、基板一主面上
の絶縁膜開口部にAl−Geの融点である420℃付近の低い
温度でAl−Ge膜を溶融状態で形成し、リフローしながら
コンタクト孔に埋め込むことができ、コンタクト孔での
Al配線の断線を防ぎ、バリアメタルの存在により、配線
部のAlにはGeが溶け出して融点が下がるのを防ぐことが
できシンター温度でも配線形状を維持できる。
の絶縁膜開口部にAl−Geの融点である420℃付近の低い
温度でAl−Ge膜を溶融状態で形成し、リフローしながら
コンタクト孔に埋め込むことができ、コンタクト孔での
Al配線の断線を防ぎ、バリアメタルの存在により、配線
部のAlにはGeが溶け出して融点が下がるのを防ぐことが
できシンター温度でも配線形状を維持できる。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例１を示す製造工
程断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例２を
示す製造工程断面図、第３図はAl−Geの状態図である。 １、21……ｐ型シリコン基板 ２……酸化膜、22……BPSG膜 ３……コンタクト孔、24……窒化チタン膜 ５……Al−20％Ge膜 ６、26……コンタクト孔を埋めるAl−20％Ge ７……チタンタングステン膜 27……チタン薄膜 ８……Al−0.5％Cu合金膜
程断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例２を
示す製造工程断面図、第３図はAl−Geの状態図である。 １、21……ｐ型シリコン基板 ２……酸化膜、22……BPSG膜 ３……コンタクト孔、24……窒化チタン膜 ５……Al−20％Ge膜 ６、26……コンタクト孔を埋めるAl−20％Ge ７……チタンタングステン膜 27……チタン薄膜 ８……Al−0.5％Cu合金膜
Claims (5)
- 【請求項１】半導体上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜
にコンタクト孔が開口され、コンタクト孔内にゲルマニ
ウム含有率が20〜30at％のアルミニウム−ゲルマニウム
合金が形成され、その上に配線が形成されていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】前記コンタクト孔内に充填されたアルミニ
ウム−ゲルマニウム合金と前記配線との間に、バリアメ
タル層が設置されていることを特徴とする請求項１に記
載の半導体装置。 - 【請求項３】前記コンタクト孔内に充填されたアルミニ
ウム−ゲルマニウム合金と前記半導体との間に、バリア
メタル層が設置されていることを特徴とする請求項２に
記載の半導体装置。 - 【請求項４】開口部形成工程と、充填工程と、バリア形
成工程と、配線形成工程とを含む半導体装置の製造方法
であって、 開口部形成工程は、一導電型半導体基板の一主面上に形
成された絶縁膜に、該基板の一主面に達するコンタクト
孔を開口するものであり、 充填工程は、ゲルマニウム含有率が20〜30at％のアルミ
ニウム−ゲルマニウム合金をコンタクト孔に充填し、か
つ絶縁膜上にアルミニウム−ゲルマニウム合金膜を形成
するものであり、 バリア形成工程は、コンタクト孔に充填されたアルミニ
ウム−ゲルマニウム合金を含むアルミニウム−ゲルマニ
ウム合金膜をバリアメタル薄膜で被覆するものであり、 配線形成工程は、配線層をバリアメタル薄膜上に形成す
るものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】開口部形成工程と、充填工程と、第１及び
第２のバリア形成工程と、配線形成工程とを含む半導体
装置の製造方法であって、 開口部形成工程は、一導電型半導体基板の一主面上に形
成された絶縁膜に、該基板の一主面に達するコンタクト
孔を開口するものであり、 第１のバリア形成工程は、コンタクト孔を含む絶縁膜上
に、第１のバリアメタル薄膜を形成するものであり、 充填工程は、ゲルマニウム含有率が20〜30at％のアルミ
ニウム−ゲルマニウム合金を第１のバリアメタル薄膜が
形成されたコンタクト孔内に充填するものであり、 第２のバリア形成工程は、コンタクト孔内に充填された
アルミニウム−ゲルマニウム合金を被覆して封じ込める
第２のバリアメタルを形成するものであり、 配線形成工程は、配線層を第２のバリアメタル薄膜上に
形成するものであることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2123925A JP2730265B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 半導体装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2123925A JP2730265B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 半導体装置とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0423319A JPH0423319A (ja) | 1992-01-27 |
| JP2730265B2 true JP2730265B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=14872739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2123925A Expired - Lifetime JP2730265B2 (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 半導体装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2730265B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6285082B1 (en) * | 1995-01-03 | 2001-09-04 | International Business Machines Corporation | Soft metal conductor |
| JP2644706B2 (ja) * | 1995-08-18 | 1997-08-25 | 工業技術院長 | 経路誘導システムおよび方法 |
| JP5303008B2 (ja) * | 2011-07-19 | 2013-10-02 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体素子及び半導体素子の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58158916A (ja) * | 1982-03-16 | 1983-09-21 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS6353949A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-08 | Hitachi Ltd | 金属配線の形成方法 |
| JPS6373644A (ja) * | 1986-09-17 | 1988-04-04 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0291970A (ja) * | 1988-09-29 | 1990-03-30 | Toshiba Corp | 配線用アルミニウム薄膜導体 |
-
1990
- 1990-05-14 JP JP2123925A patent/JP2730265B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0423319A (ja) | 1992-01-27 |
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