JP2906877B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2906877B2
JP2906877B2 JP4298950A JP29895092A JP2906877B2 JP 2906877 B2 JP2906877 B2 JP 2906877B2 JP 4298950 A JP4298950 A JP 4298950A JP 29895092 A JP29895092 A JP 29895092A JP 2906877 B2 JP2906877 B2 JP 2906877B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置及びその
製造方法に係り、詳しくは、半導体基板上に磁気抵抗素
子薄膜を有する半導体装置及びその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、素子を形成した半導体基板上に強
磁性磁気抵抗素子薄膜を配置する際には、例えば特開平
1−125882号公報に示す構造が知られている。つ
まり、図9に示すように、半導体基板21上にシリコン
酸化膜22を配置し、その上にアルミ配線金属23を配
置し、さらにその上に強磁性磁気抵抗素子薄膜24を堆
積する。その後、信号処理回路等を形成するシリコンI
C部のアルミ配線金属23上にはこの薄膜24を残さな
いようにエッチング除去し、磁気センサとして必要な部
分のみ強磁性磁気抵抗素子薄膜24を残している。
【0003】より詳細には、アルミ配線金属23を堆積
及びパターンエッチング後、450℃×30分のシンタ
ー処理を行う。この時のアルミ配線金属23の下地のシ
リコン酸化膜22に対するステップカバーは良好で、段
切れもなく一様に覆っている。次に、強磁性磁気抵抗素
子薄膜24を約500Å堆積し、磁気センサとして用い
る部分以外の強磁性磁気抵抗素子薄膜24をフォトリソ
グラフィによりエッチング除去する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、強磁性磁気
抵抗素子薄膜24は約500Åと薄いため、アルミ配線
金属23の段差部23aでは、ステップカバー不良で強
磁性磁気抵抗素子薄膜24が堆積されないか、あるいは
非常に薄い(100Å程度以下)膜しか堆積されない。
このため、強磁性磁気抵抗素子薄膜24をエッチング除
去する時に、図8に示すように、そのエッチング液(リ
ン酸+硝酸+硝酸アンモニウム+水)にてアルミ配線金
属23の段差部23aがエッチングされてしまう。この
エッチングにより最悪の場合、アルミ配線金属23の断
線に至る。又、アルミ配線金属23の段差部23aにお
いてはアルミが粗の状態にあり、エッチング速度が速い
状態になっている。その結果、強磁性磁気抵抗素子薄膜
24のエッチングの際にアルミ配線金属23の段差部2
3aのエッチングが速いものとなり、アルミ配線金属2
3の断線を招くことにつながる。
【0005】そこで、この発明は、アルミ系配線金属の
断線を回避できる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、半導体
子が形成された半導体基板上に絶縁膜を介してアルミ系
配線金属を配置するとともに当該アルミ系配線金属上か
ら所定パターンの磁気抵抗素子薄膜を延設した半導体装
置において、素子形成領域の半導体基板上であって、所
定の目的のために設けられた前記絶縁膜の開口部による
該絶縁膜の段差に起因して生ずるアルミ系配線金属の
差部上に前記磁気抵抗素子薄膜を積層した半導体装置を
その要旨とする。
【0007】第2の発明は、半導体基板に半導体素子を
形成する第1工程と、前記半導体基板上に絶縁膜を介し
てアルミ系配線金属を形成する第2工程と、アルミ系配
線金属を含む半導体基板上に磁気抵抗素子薄膜を堆積す
る第3工程と、素子形成領域の半導体基板上であって、
所定の目的のために設けられた前記絶縁膜の開口部によ
る該絶縁膜の段差に起因して生ずるアルミ系配線金属の
段差部上を含む磁気抵抗素子薄膜の配置領域に磁気抵抗
素子薄膜を残して当該薄膜をエッチングする第4工程と
を備えた半導体装置の製造方法をその要旨とするもので
ある。
【0008】
【作用】第1の発明は、素子形成領域の半導体基板上
あって、所定の目的のために設けられた前記絶縁膜の開
口部による該絶縁膜の段差に起因して生ずるアルミ系配
線金属の段差部上にも磁気抵抗素子薄膜が積層される。
よって、アルミ系配線金属上から所定パターンの磁気抵
抗素子薄膜を延設する際にアルミ系配線金属の段差部の
磁気抵抗素子薄膜のレジストにてアルミ系配線金属がエ
ッチングされることが回避される。
【0009】第2の発明は、第1工程により半導体基板
に素子が形成され、第2工程により半導体基板上に絶縁
膜を介してアルミ系配線金属が形成される。第3工程に
よりアルミ系配線金属を含む半導体基板上に磁気抵抗素
子薄膜が堆積され、第4工程により素子形成領域の半導
体基板上であって、所定の目的のために設けられた前記
絶縁膜の開口部による該絶縁膜の段差に起因して生ずる
アルミ系配線金属の段差部上を含む磁気抵抗素子薄膜の
配置領域に磁気抵抗素子薄膜を残して当該薄膜がエッチ
ングされる。
【0010】その結果、第1の発明の半導体装置が製造
される。
【0011】
【実施例】以下、この発明を磁気センサに具体化した一
実施例を図面に従って説明する。図1は磁気センサの断
面図であり、強磁性磁気抵抗素子薄膜10aと信号処理
回路(トランジスタ)とが同一基板内に集積化されてい
る。図2は図1のA部拡大図である。
【0012】図3〜図6には、その製造工程を示す。ま
ず、図3に示すように、P型半導体基板(単結晶シリコ
ン基板)1の主表面に、公知の半導体加工技術を用いて
縦型NPNバイポーラトランジスタを形成する。つま
り、P型半導体基板1の主表面上に、N+ 型埋込層2、
- 型エピタキシャル層3を形成する。そして、N-
エピタキシャル層3の主表面上にシリコン酸化膜4をC
VD装置を用いて形成し、シリコン酸化膜4を所望に回
路パターンによりホトエッチングし、不純物の拡散にて
+ 型素子分離領域5、P+ 型拡散領域6、N+ 型拡散
領域7,8を形成する。即ち、N+ ならばリンを、P+
ならばボロンをイオン注入法もしくは拡散法により選択
的に拡散して形成する。このようにして、縦形NPNバ
イポーラトランジスタがN+ 型埋込層2、N- 型エピタ
キシャル層3、P+ 型拡散領域6、及びN+ 型拡散領域
7,8にて構成され、このトランジスタは後述する強磁
性磁気抵抗素子薄膜10aからの信号を増幅する。
【0013】次に、シリコン酸化膜4にフォトリソグラ
フィを用いて選択的に開口部4aを明け、コンタクト部
を形成する。このとき、図2に示すように、シリコン酸
化膜4における開口部4aの側壁の上部は垂直となって
いるとともに、開口部4aの側壁の下部は斜状となって
いる。そして、図4に示すように、P型半導体基板1の
主表面上に薄膜のアルミ配線金属9を蒸着するととも
に、このアルミ配線金属9をフォトエッチングによりパ
ターニングする。この際、アルミ配線金属9の端部に対
し、その断面を斜状(テーパ状)に加工する(図におい
て斜状部を9aで示す)。
【0014】又、アルミ配線金属9の蒸着時に、シリコ
ン酸化膜4の開口部4aの側壁上においてアルミ配線金
属9に段差部9bが形成される。つまり、シリコン酸化
膜4における開口部4aの側壁の上部は垂直となってい
るので、開口部4a上にアルミ配線金属9を堆積した際
にアルミ配線金属9に段差部9bが形成される。
【0015】引き続き、図5に示すように、アルミ配線
金属9を含めたシリコン酸化膜4の上に強磁性磁気抵抗
素子薄膜10を堆積する。この強磁性磁気抵抗素子薄膜
10は、Coを含み、Niを主成分とした強磁性体薄
膜、即ちNi−Coの薄膜からなる。この強磁性磁気抵
抗素子薄膜10の厚さは500Å程度となっている。そ
して、図6に示すように、強磁性磁気抵抗素子薄膜10
a,10b以外の薄膜10をエッチング液又はエッチン
グガスを用いてエッチングして所定パターンに形成す
る。
【0016】即ち、センサ部の強磁性磁気抵抗素子薄膜
10a、及び全てのアルミ配線金属9上の強磁性磁気抵
抗素子薄膜10bを残すようにする。特に下地シリコン
酸化膜4の端部上のアルミ配線金属9の段差部9bに十
分オーバラップ(積層)させる。
【0017】つまり、信号処理回路等を形成するシリコ
ン集積回路部(トランジスタ形成領域)のアルミ配線金
属9上に強磁性磁気抵抗素子薄膜10a,10bを堆積
し、2層構造とする。
【0018】このようにすると、図7のように、強磁性
磁気抵抗素子薄膜10a,10bをパターンエッチング
する際には、同薄膜10a,10bがレジスト11によ
り完全に保護されるので、例え強磁性磁気抵抗素子薄膜
10a,10bの膜厚が薄くても、又、膜がなくても下
地のアルミ配線金属9がエッチングされることはない。
【0019】又、アルミ配線金属9の段差部9bにおい
てはアルミが粗の状態にあり、エッチング速度が速い状
態になっている。しかしながら、強磁性磁気抵抗素子薄
膜10a,10bのエッチングの際にアルミ配線金属9
の段差部9bがレジスト11にてマスクされているの
で、アルミ配線金属9の段差部9bがエッチングされる
ことはない。
【0020】その後、図1に示すように、シリコン窒化
膜よりなるパッシベーション膜12を形成する。このよ
うに本実施例では、半導体基板1にトランジスタ(半導
素子)を形成し(第1工程)、半導体基板1上にシリ
コン酸化膜4(絶縁膜)を介してアルミ配線金属9を形
成し(第2工程)、アルミ配線金属9を含む半導体基板
1上に強磁性磁気抵抗素子薄膜10を堆積する(第3工
程)。そして、トランジスタ形成領域の半導体基板1上
であって、トランジスタ(半導体素子)との電気的導通
を図る目的のためにシリコン酸化膜4に開口部を形成す
るために生じたシリコン酸化膜4の段差に起因して生じ
アルミ配線金属9の段差部9bを含む強磁性磁気抵抗
素子薄膜10a,10bの配置領域に強磁性磁気抵抗素
子薄膜10を残し当該薄膜10をエッチングした(第4
工程)。
【0021】よって、トランジスタが形成された半導体
基板1上にシリコン酸化膜4(絶縁膜)を介してアルミ
配線金属9を配置するとともにアルミ配線金属9上から
所定パターンの強磁性磁気抵抗素子薄膜10aを延設し
た磁気センサにおいて、トランジスタ素子形成領域の半
導体基板1上であって、トランジスタ(半導体素子)と
の電気的導通を図る目的のため設けられたシリコン酸化
膜4の開口部によるシリコン酸化膜4の段差に起因して
生じたアルミ配線金属9の段差部9b上に強磁性磁気抵
抗素子薄膜10bが積層される。
【0022】つまり、アルミ配線金属9上から所定パタ
ーンの強磁性磁気抵抗素子薄膜10aを延設する際にア
ルミ配線金属9の段差部9bの強磁性磁気抵抗素子薄膜
10bのレジスト11にてアルミ配線金属9がエッチン
グされることが回避される。
【0023】このように、アルミ配線金属9の断線や細
りのない高信頼性の磁気抵抗素子が作製できる。又、こ
の構造は、強磁性磁気抵抗素子薄膜10をエッチングす
る時のマスクパターン形状を修正するのみで可能とな
り、新たにマスクが必要とはならない。さらに、強磁性
磁気抵抗素子薄膜10aによる磁気センサのオフセット
電圧やシリコンICの電気特性、パッシベーション膜に
よる応力マイグレーションに対する耐性も良好である。
【0024】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、上記実施例では半導体基板1にバ
イポーラICを形成した場合を示したが、MOS構造に
より回路を形成する場合に適用できる。
【0025】又、上記実施例では、強磁性磁気抵抗素子
薄膜としてNi−Co薄膜を用いたが、他にもNi−F
e、Ni−Fe−Co等の強磁性磁気抵抗素子薄膜を用
いてもよい。
【0026】さらに、上記実施例では、アルミ配線金属
を用いたが、Al以外のAl−Si、Al−Si−Cu
等を用いてもよい。なお、絶縁膜に明けられる開口部
は、上記実施例では、トランジスタ(半導体素子)との
電気的導通を図る目的のため設けられたシリコン酸化膜
4の開口部とした。この代わりに、他の目的のために絶
縁膜に設けられた開口部による該絶縁膜の段差に起因し
て生ずるアルミ系配線金属の段差部上に前記磁気抵抗素
子薄膜を積層してもよい。この場合も、上記実施例と同
様に、アルミ系配線金属がエッチングされることが回避
できる作用効果を奏することは自明である。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
アルミ系配線金属の断線を回避できる優れた効果を発揮
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の磁気センサの断面図である。
【図2】図1のA部の拡大図である。
【図3】磁気センサの製造工程を示す断面図である。
【図4】磁気センサの製造工程を示す断面図である。
【図5】磁気センサの製造工程を示す断面図である。
【図6】磁気センサの製造工程を示す断面図である。
【図7】製造工程時の磁気センサの一部拡大図である。
【図8】従来の製造工程時の磁気センサの一部拡大図で
ある。
【図9】従来の磁気センサの断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 4 絶縁膜としてのシリコン酸化膜 9 アルミ配線金属 10a 強磁性磁気抵抗素子薄膜 10b 強磁性磁気抵抗素子薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−46079(JP,A) 特開 平1−125882(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 43/08 G01R 33/09 H01L 43/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子が形成された半導体基板上に
    絶縁膜を介してアルミ系配線金属を配置するとともに当
    該アルミ系配線金属上から所定パターンの磁気抵抗素子
    薄膜を延設した半導体装置において、 素子形成領域の半導体基板上であって、所定の目的のた
    めに設けられた前記絶縁膜の開口部による該絶縁膜の段
    差に起因して生ずるアルミ系配線金属の段差部上に前記
    磁気抵抗素子薄膜を積層したことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 半導体基板に半導体素子を形成する第1
    工程と、 前記半導体基板上に絶縁膜を介してアルミ系配線金属を
    形成する第2工程と、 アルミ系配線金属を含む半導体基板上に磁気抵抗素子薄
    膜を堆積する第3工程と、 素子形成領域の半導体基板上であって、所定の目的のた
    めに設けられた前記絶縁膜の開口部による該絶縁膜の段
    差に起因して生ずるアルミ系配線金属の段差部上を含む
    磁気抵抗素子薄膜の配置領域に磁気抵抗素子薄膜を残し
    て当該薄膜をエッチングする第4工程とを備えたことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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