JP2790028B2 - 半導体集積回路装置及び製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置及び製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に配線の形成方法、及び配線層間膜の平坦化に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体集積回路装置の配線及び層
間構造は、図5,6に示す様に、シリコン基板12上に
絶縁膜13を形成後、高濃度に不純物(リン)をドープ
した多結晶シリコン膜を成長し、フォトリソグラフィー
技術、多結晶シリコンエッチングの技術を用い、下部配
線(N+ ドープ多結晶シリコン)14を形成し、層間膜
として絶縁または高抵抗の多結晶シリコン15を成長す
る。さらに多結晶シリコンの層間膜上に下部配線(N+
ドープ多結晶シリコン)14と同様な方法で上部配線層
(N+ ドープ多結晶シリコン)16を形成後、フォトリ
ソグラフィー技術、不純物注入技術を用い下部配線14
と上部配線16の接続を行う領域に上部配線16を通し
てリンを注入する事により接続部(N+ 不純物注入領
域)17を形成していた。図6は図5のB−B′の断面
図である。(特開平2−135757)第2の従来例を
図7,8に示す。シリコン基板12上に絶縁膜13を形
成後アルミを成長し、フォトリソグラフィー技術、アル
ミエッチング技術を用いてアルミをパターニングし、下
部配線(アルミ)18を形成する。下部配線(アルミ)
18と上部配線(アルミ)の間の層間膜は、平坦化の為
二酸化シリコン膜22を厚く成長し、CMP(Chem
ical Mechanical Polishin
g)技術による加工を行い、更に二酸化シリコン膜21
を成長した後、フォトリソグラフィー技術、酸化膜エッ
チング技術を用いてビアホールを形成し、タングステン
埋め込みによりビアホールを埋め込み接続部20を形成
後、下部配線(アルミ)18と同様に、上部配線(アル
ミ)19を形成していた。図8は図7のC−C′の断面
図である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来例1は層間膜に多
結晶シリコン膜のみを使用している方法である。この方
法は、下層配線と上層配線の形成が、埋込等の特殊な工
程を必要とせずに行えるが、配線領域は平坦化されず、
多層配線時のフォトリソグラフィー工程でのフォーカス
マージンの減少、塗布膜の不均一な形成等の問題が発生
し、更に接続部の抵抗が高いという問題点があった。
【0004】また従来例2では、配線領域を含め平坦化
が可能であるが、層間膜の平坦化、接続部のビアホール
形成・埋め込みに非常に多くの工程を要し、コスト、工
程、製造時間の増加という問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体集積回
路装置を、半導体基板上に多結晶シリコン膜またはアモ
ルファスシリコン膜からなる第1のシリコン膜を形成す
る工程と、第1のシリコン膜上に第1の絶縁膜を形成す
る工程と、第1の絶縁膜を選択的に除去して第1のシリ
コン膜を一部露出させる工程と、全面に第1の高融点金
属膜を形成する工程と、露出した第1のシリコン膜と接
触している第1の高融点金属膜とを反応させて、表面の
高さが第1の絶縁膜の表面とほぼ等しい高さとなる第1
のケイ化物領域を形成する工程と、未反応の第1の高融
点金属膜のうち、少なくとも第1のケイ化物領域上の選
択された領域を除く当該第1の高融点金属膜を除去する
工程と、全面に多結晶シリコン膜またはアモルファスシ
リコン膜からなる第2のシリコン膜を形成する工程と、
第2のシリコン膜上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
第2の絶縁膜を選択的に除去して第2のシリコン膜を一
部露出させる工程と、全面に第2の高融点金属膜を形成
する工程と、露出した第2のシリコン膜と接触している
第2の高融点金属膜とを反応させて第2のケイ化物領域
を形成するとともに、選択された第1の高融点金属膜と
第2のシリコン膜とを反応させて第1のケイ化物領域と
第2のケイ化物領域とを電気的に接続する第3のケイ化
物領域を形成する工程とで製造されることを特徴とす
る。
【0006】上述した製造方法によれば、半導体基板
と、半導体基板上に形成され表面が第1の絶縁膜で覆わ
れた多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜か
らなる第1の層間絶縁膜と、第1の層間絶縁膜の表面か
ら埋め込まれて形成されたシリサイド配線であって、そ
の表面が第1の絶縁膜の表面とほぼ同一の高さである第
1のシリサイド配線と、第1の層間絶縁膜および第1の
シリサイド配線の上に形成され表面が第2の絶縁膜で覆
われた多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜
からなる第2の層間絶縁膜と、第2の層間絶縁膜の表面
から埋め込まれて形成された第2のシリサイド配線と、
第1のシリサイド配線と第2のシリサイド配線とを電気
的に接続する第3のシリサイド配線とを有する半導体集
積回路装置が得られる。
【0007】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の半導体集積回路装置の一実施例の斜
視図である。半導体素子を形成するシリコン基板1上
に、二酸化シリコン膜2、不純物濃度が1E15cm-3
以下である多結晶シリコン膜(以下ノンドープ多結晶シ
リコン膜3と記す)が形成され、ノンドープ多結晶シリ
コン膜3上部にTiの拡散により形成されたTiシリサ
イド配線5を持ち、このTiシリサイド配線5は、ノン
ドープ多結晶シリコン膜3上に形成された二酸化シリコ
ン膜4で分離された構造になっている。
【0008】この半導体装置においては、多結晶シリコ
ン膜3を層間絶縁膜として用い、その上部にシリサイド
による配線を形成しているので、配線の形成に伴う半導
体装置表面の非平坦化を防ぎ、またはきわめて小さく抑
えることができ、さらに、シリサイド配線5を二酸化シ
リコン膜4で分離する構造としているので、この二酸化
シリコン膜4が、シリサイド配線5による表面の非平坦
化を効果的に相殺し、高い精度で平坦な表面を維持する
効果を有している。この構造によれば、従って、非平坦
な表面に起因する上層配線の断線を防ぐことができ、ま
た、シリサイド配線を用いることで、さらに確実に上層
配線の信頼度を向上させることができる。また、この構
造を用いれば、半導体装置の信頼度を向上させるという
効果に加え容易に半導体装置を製造することができると
いう効果が得られる。
【0009】図2は、図1に示す基板構造を用いた2層
配線の半導体集積回路装置の製造方法を示す断面図であ
り、図3は、図2のフローによって形成された2層配線
の半導体集積回路装置の断面図である。製造に当たって
は、まず、シリコン基板1上に二酸化シリコン膜2、ノ
ンドープ多結晶シリコン3、Tiシリサイド生成時のマ
スク用の二酸化シリコン膜4約500オングストローム
を順に形成する(a)。次に、フォトリソグラフィー技
術、酸化膜エッチング技術を用い、下層配線を形成する
領域の二酸化シリコン膜4を選択的に除去する(b)。
全面にTi膜を400オングストローム程度形成し
(c)、700°30秒の熱処理する事により、ノンド
ープ多結晶シリコン3とTi膜6が接触している領域の
み反応させて、Tiシリサイドを500オングストロー
ム程生成し、低抵抗の下層Tiシリサイド配線5を形成
する(d)。次に、フォトリソグラフィー技術、エッチ
ング技術を用い、下層配線と上層配線を接続する領域の
み、未反応のTi膜を選択的に残す(e)。更に、ノン
ドープ多結晶シリコン膜7、二酸化シリコン膜8を成長
し(f)、下層Tiシリサイド配線の形成(b)〜
(d)と同様の方法で二酸化シリコン膜8のパターニン
グ、Ti膜9を成長し(g)、熱処理によるTiシリサ
イドの形成、未反応のTi膜をエッチングし、図3に示
す様に、低抵抗のTiシリサイドによる下層Tiシリサ
イド配線5、上層Tiシリサイド配線10、及びTiシ
リサイドの接続部11を形成する。下層Tiシリサイド
配線5と上層Tiシリサイド配線10を接続するTiシ
リサイドの接続部11は、図2(g)における未反応の
Ti膜6とノンドープ多結晶シリコン膜7の反応、及び
その直上Ti膜9とノンドープ多結晶シリコン膜7との
反応により、両方からTiシリサイドが生成されて接続
されたものである。
【0010】図4に図3のA−A′における断面図を示
す。下層Tiシリサイド配線で未反応のTi膜が残され
た領域のみTiシリサイドの接続部が形成され、電気的
に接続されている。
【0011】本実施例においてノンドープ多結晶シリコ
ン膜としたが、アモルファスシリコン膜、低濃度にドー
プした多結晶シリコン膜でも同様であり、膜形成時、ま
たは、形成後に酸素を2〜4E22個/cm3 導入する
と、さらに絶縁性が高まる。また、シリサイドの配線を
形成する際の高融点金属は、Tiに代わって、Mo,
W,Ptでも良い。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は層間を多
結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜と、絶縁
膜の構造とし、配線層をその絶縁膜によって分離される
シリサイド層として形成しているので、配線層に起因す
る半導体装置表面の非平坦化を防止し、またはごくわず
かに抑えることができ、従って、多層配線時にもフォト
リソグラフィー工程でのフォーカスマージンを大きくと
ることができ、また塗布膜の不均一な形成を生じること
もなく、非平坦な表面による配線の断線等が生じる恐れ
がない。
【0013】また、シリサイドによる配線の形成を行う
ので工程の複雑化をまねくことがなく、効率的に、信頼
度の高い装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の斜視図
【図2】本発明の第2の実施例である半導体集積回路の
製造フローを示す断面図
【図3】本発明の第2の実施例である半導体集積回路装
置の断面図
【図4】図3のA−A′断面図
【図5】従来例1の断面図
【図6】図5のB−B′断面図
【図7】従来例2の断面図
【図8】図7のC−C′断面図
【符号の説明】
1,12 シリコン基板 2,4,8,21,22 二酸化シリコン膜 3,7 ノンドープ多結晶シリコン膜 5 下層Tiシリサイド配線(Tiシリサイド配線) 6,9 Ti膜 10 上層Tiシリサイド配線 11 Tiシリサイド接続部 13 絶縁膜 14 下部配線(N+ドープ多結晶シリコン) 15 多結晶シリコン 16 上部配線(N+ドープ多結晶シリコン) 17 接続部(N+不純物注入領域) 18 下部配線(アルミ) 19 上部配線(アルミ) 20 タングステン埋込スルーホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 29/40 - 29/51

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に多結晶シリコン膜またはア
    モルファスシリコン膜からなる第1のシリコン膜を形成
    する工程と、前記第1のシリコン膜上に第1の絶縁膜を
    形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的に除去して
    前記第1のシリコン膜を一部露出させる工程と、全面に
    少なくとも前記第1の絶縁膜よりも厚く第1の高融点金
    属膜を形成する工程と、露出した前記第1のシリコン膜
    と接触している前記第1の高融点金属膜とを反応させ
    て、表面の高さが前記第1の絶縁膜の表面とほぼ等しい
    高さとなる第1のケイ化物領域を形成する工程とを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  2. 【請求項2】少なくとも前記第1のケイ化物領域上に選
    択的に前記第1の高融点金属膜を形成する工程と、全面
    多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜から
    なる第2のシリコン膜を形成する工程と、前記第2のシ
    リコン膜上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2
    の絶縁膜を選択的に除去して前記第2のシリコン膜を一
    部露出させる工程と、全面に第2の高融点金属膜を形成
    する工程と、露出した前記第2のシリコン膜と接触して
    いる前記第2の高融点金属膜とを反応させて第2のケイ
    化物領域を形成するとともに、前記第1のケイ化物領域
    上の前記第1の高融点金属膜と前記第2のシリコン膜と
    を反応させて前記第1のケイ化物領域と前記第2のケイ
    化物領域とを電気的に接続する第3のケイ化物領域を形
    成する工程とを含むことを特徴とする請求項1記載の半
    導体集積回路装置の製造方法。
  3. 【請求項3】半導体基板上に多結晶シリコン膜またはア
    モルファスシリコン膜からなる第1のシリコン膜を形成
    する工程と、前記第1のシリコン膜上に第1の絶縁膜を
    形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的に除去して
    前記第1のシリコン膜を一部露出させる工程と、全面に
    少なくとも前記第1の絶縁膜よりも厚く第1の高融点金
    属膜を形成する工程と、露出した前記第1のシリコン膜
    と接触している前記第1の高融点金属膜とを反応させ
    て、表面の高さが前記第1の絶縁膜の表面とほぼ等しい
    高さとなる第1のケイ化物領域を形成する工程と、未反
    応の前記第1の高融点金属膜のうち、少なくとも前記第
    1のケイ化物領域上の選択された領域を除く当該第1の
    高融点金属膜を除去する工程と、全面に多結晶シリコン
    膜またはアモルファスシリコン膜からなる第2のシリコ
    ン膜を形成する工程と、前記第2のシリコン膜上に第2
    の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜を選択的
    に除去して前記第2のシリコン膜を一部露出させる工程
    と、全面に第2の高融点金属膜を形成する工程と、露出
    した前記第2のシリコン膜と接触している前記第2の高
    融点金属膜とを反応させて第2のケイ化物領域を形成す
    るとともに、前記選択された領域の前記第1の高融点金
    属膜と前記第2のシリコン膜とを反応させて前記第1の
    ケイ化物領域と前記第2のケイ化物領域とを電気的に接
    続する第3のケイ化物領域を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記半導体基板と前記第1のシリコン膜と
    の間に第3の絶縁膜を形成する工程をさらに含むことを
    特徴とする請求項1,2または3記載の半導体集積回路
    装置の製造方法。
  5. 【請求項5】前記半導体集積回路装置は多層配線構造を
    とる半導体集積回路装置であり、前記第1のケイ化物領
    域は下層配線となり、前記第2のケイ化物領域は上層配
    線となり、前記第1および第2のシリコン膜は層間絶縁
    膜となることを特徴とする請求項2,3または4記載の
    半導体集積回路の製造方法
  6. 【請求項6】半導体基板上に下層絶縁膜を形成後第1の
    多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記第1の多結晶
    シリコン膜上に第1の上層絶縁膜を形成する工程と、前
    記第1の上層絶縁膜を下部配線層を形成する領域のみ選
    択的に除去する工程と、前記第1の上層絶縁膜上及び前
    記第1の多結晶シリコン膜が露出した領域上全体に第1
    の高融点金属膜を形成する工程と、熱処理により、前記
    下部配線層を形成する領域のみ前記第1の高融点金属膜
    のケイ化物をその表面が前記第1の上層絶縁膜の表面と
    ほぼ同じ高さになるように形成する工程と、未反応の前
    記第1の高融点金属膜を選択的に除去する工程とを含む
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  7. 【請求項7】前記第1の高融点金属膜のケイ化物を形成
    する工程において前記第1の高融点金属膜のケイ化物上
    に未反応の前記第1の高融点金属膜を残存させ、前記未
    反応の前記第1の高融点金属膜を選択的に除去する工程
    において前記下部配線層と上部配線層とを電気的に接続
    する領域の前記第1の高融点金属膜のケイ化物上を除い
    て前記未反応の前記第1の高融点金属膜を選択的に除去
    し、その後、全面に第2の多結晶シリコン膜を成長させ
    た後、全面に第2の上層絶縁膜を形成する工程と、前記
    第2の上層絶縁膜の少なくとも前記下部配線層と電気的
    に接続する領域を含む前記上部配線層を形成する領域を
    選択的に除去する工程と、全面に第2の高融点金属膜を
    形成する工程と、熱処理により、前記第2の高融点金属
    膜と前記第2の多結晶シリコン膜とを反応させて前記第
    2の多結晶シリコン膜の表面の前記上部配線層を形成す
    る領域に前記第2の高融点金属膜のケイ化物を形成する
    と同時に、前記未反応の前記第1の高融点金属膜と前記
    第2の多結晶シリコン膜とを反応させて前記下部配線層
    と前記上部配線層を電気的に接続する領域に前記第1の
    高融点金属膜のケイ化物を前記第2の高融点金属膜のケ
    イ化物に達するように形成する工程と、未反応の前記第
    2の高融点金属膜を除去する工程とをさらに含むこと特
    徴とする請求項6記載の半導体集積回路装置の製造方
    法。
  8. 【請求項8】前記第1または第2の多結晶シリコン膜の
    かわりに、アモルファスシリコン膜を用いることを特徴
    とする請求項6または7記載の半導体集積回路装置の製
    造方法。
  9. 【請求項9】前記多結晶シリコン膜または前記アモルフ
    ァスシリコン膜の不純物濃度が1E15cm-3以下であ
    ることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7
    または8記載の半導体集積回路装置の製造方法。
  10. 【請求項10】前記多結晶シリコン膜または前記アモル
    ファスシリコン膜に、1E21〜1E22個/cm3
    酸素を不純物として含むことを特徴とする請求項1,
    2,3,4,5,6,7または8記載の半導体集積回路
    装置の製造方法。
  11. 【請求項11】前記第1および第2の高融点金属膜がT
    i,Mo,Ptのいずれかであることを特徴とする請求
    項2,3,4,5,6,7,8,9,または10記載の
    半導体集積回路装置の製造方法。
  12. 【請求項12】半導体基板と、前記半導体基板上に形成
    され表面が第1の絶縁膜で覆われた多結晶シリコン膜ま
    たはアモルファスシリコン膜からなる第1の層間絶縁膜
    と、前記第1の層間絶縁膜の表面から埋め込まれて形成
    されたシリサイド配線であって、その表面が前記第1の
    絶縁膜の表面とほぼ同一の高さである第1のシリサイド
    配線と、前記第1の層間絶縁膜および前記第1のシリサ
    イド配線の上に形成され表面が第2の絶縁膜で覆われた
    多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜からな
    第2の層間絶縁膜と、前記第2の層間絶縁膜の表面か
    ら埋め込まれて形成された第2のシリサイド配線と、前
    記第1のシリサイド配線と前記第2のシリサイド配線と
    を電気的に接続する第3のシリサイド配線とを有するこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置。
  13. 【請求項13】前記第1および第2の絶縁膜が二酸化シ
    リコン膜であることを特徴とする請求項12記載の半導
    体集積回路装置。
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