JPH01138755A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（概要〕 アルミニウム−シリコン合金層を右する半導体装置に関
し、特に半導体基板に接するＡＬ−３ｉ合金層を有する
半導体装置であってショットキ・バリア・コンタクトを
形成する技術に関し、＾いショットキ・バリア・ハイ］
〜を有する半導体装置を提供することを目的とし、 半導体基板と、半導体基板上に形成されたアルミニウム
とシリコンの合金層と、アルミニウム−シリコンの合金
層上に形成されたバリア層と、バリア層上に設けられた
金属層とを有し、アルミニウム−シリコン合金層中のシ
リコン１１度は１０ないし７５弔吊パーセント−Ｃある
よう構成する。。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム−シリコン合金層を有する半導
体装置に関し、特に半導体基板に接するＡＬ−８ｉ合金
層を有する半導体装置であってシヨツト４：・バリア・
コンタクトを形成する技術に関する。 〔従来の技術〕 一般に、ショットキ・バリア・ダイオードはｎ型シリコ
ン（Ｓ　ｒ　＞　ｍ板、コンタクトボールを有する二酸
化シリコン（Ｓｔｙ２）層、ホール内及び５ｉ０２層り
に設けられたメタル電極とを含む層構造を右している。 メタル電極とシリコン基板との間の界面は、ショットキ
・バリアを形成する。 メタル電極はアルミニウム（ＡＬ）、白金（Ｐｔ）、タ
ングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）等を有する。例えば、メ
タル電極は純粋なＡｔｅで形成できる。 また、ＡＬ−Ｓｉ合金層を用いてメタル電極を構成する
こともできる。Δｔ−８ｉ合金層を用いた技術は、例え
ば特開昭５９−１７５７６３号公報、特開昭５９−１２
４７６５号公報及び特開昭６０−２０５６８丹公報に開
示されている。 特開昭５９−１７５７６３号は、３ｉ基板と接するＡＬ
−８ｉ合金層（第１層）を開示している。この上には窒
化チタン（ＴｉＮ）からなるバリア層（第２層）が形成
され、更にその上に△え−Ｓｉ合金層によって形成され
る配線層（第３Ｍ４）が形成されている。同公報には、
第１及び第３層がＡＬ金合金形成される場合には、配線
材として通常用いられるＡＬ金合金成分と同様の成分の
ＡＬ金合金形成できると示されている。通常、配線層を
形成するために用いられるＡＬ−８を合金は、２Φ＾１
％までの３ｉを含んでいる。上記公開公報Ｇｏ−２０５
６８号にも、散型量％の５ｉ１１度をもち、ショットキ
・バリア・ダイオードを形成するために用いられるΔＬ
−８ｉ含金が開示されている。すなわら、散型Ｍ％の３
ｉを含む△１−３ｉ合金病を用いることは、当業者にと
って常識となっている。 〔発明が解決しようとする課題〕 一般に、ショットキ・バリア・ダイオードの立ら上がり
電圧はショッ（〜キ・バリア・ハイドに依存する。ショ
ットキ・バリア・ハイドが高くなるにつれて、立ち上が
り電圧も高くなる。ショットキ・バリア・ダイオードを
バイポーラ型スタティックＲＡＭやＴＴＬ回路に用いる
場合には、高い立ち上がり電ＬＥを１ｑるために高いシ
三１ットキ・バリア・ハイドを持っていることが要求さ
れる。しかしながら、散型量％の３ｉを含むＡＬ−８ｉ
合金では、十分に高いショットキ・バリア・ハイドを１
ｑることはできない。特開昭５９−１２４７６５号公報
に（よ、ＡＬ−Ｓｉ合金を直接ＳｉＷ根上に設けた場合
、０．６５（ｅｖ）のショットキ・バリア・ハイドが得
られると示されている。ただし、５ｉｌ１度については
言及がない。この値では、上記要求を十分に満足させる
立ら上がり電圧を得ることはでさ−ない。従って、この
値より大きいショットキ・バリア・ハイドが望まれてい
る。 ＩＢＩ上のパターンのレイアウトを変更して、高いショ
ツ］−キ・バリア◆ハイ１〜を得る技術は知られている
。しかしながら、この解決笛はＬＳＩの設計の自由度を
著しく損う。 より高いショッ１〜キ・バリア・ハイドを得るために、
３　＋　ｓｔ根板上ＡＬ−Ｓｉ合金層の接触領域（面積
）を減少さぜることが考えうる。しかしＪ、ｋがら、現
在のＬＳＩ製造技術では形成できる接触領域の大きさに
制限がある。 従って、本弁明は上記問題点を解決し、十分に高いショ
ットキ・バリア・ハイドを持った半導体装置を提供する
ことを目的とする。 （課題を解決するだめの手段〕 本発明は、半導体基板（１１）と、半導体基板（１１）
上に形成されたアルミニウムとシリコンの合金Ｅ（１３
）と、アルミニウム−シリコンの合金層（１３）Ｌに形
成されたバリア１ｍ　（１／１．　）と、バリア層（１
４）上に設けられた金属層（１５）とを有し、アルミニ
ウム−シリコン合金層（１３）中のシリコン濃度は１０
ないし７５重吊パーセントである半導体装置である。 〔作用〕 前述したように、３ｉを散型量％含むΔ１−３ｉ合金は
従来配線材料として用いられていたが、本発明ではＳｉ
基板と接するＡｔ−Ｓｉ合金層の３ｉの含有ｍを１０〜
７５！Ｅｆｆｉ％範囲内にすることにより、ショットキ
・バリア・ハイドを高くすることを確め、上記要求に答
えるものである。 また、ＳｉＭ板上の不純物拡散層上に上記組成のＡＬ−
８ｉ合金層を設【ノることにより、オーミッウコンタク
ト抵抗を減らすことができることも確認した。 （実施例） 以上、本発明の実施例を図を参照して詳細に説明する。 第１図は本発明の一実施例の断面図である。ｎ型Ｓｉ基
板のような半導体基板１１上には、ＳｉＯ２層１２が形
成されている。コンタクトホール１６がＳｉＯｚＪｍ１
２に形成されている。ＡｔとＳｉの合金層１３がコンタ
クトホール１６内及び３ｉ基板１１上に形成されている
。Ａｔ　−８ｉ合金層１３は例えば１５０〔入〕の厚み
を持つ。本発明の特徴の一つは、Ａｔ　−８ｉ合金層１
３中のＳｉとＡｔの組成比にある。この点は模に詳述す
る。厚み０．１（μｍ１以上のバリア層１４が、Ａｔ　
−ｓ　を合金層１３上に形成されている。バリア層１４
は゛［ｉＮ層で形成できる。７ｉ属の窒化物（Ｚｒ、Ｉ
」ｆ’の窒化物）又はｒｔｃをＴｉＮの代わりに用いて
も良い。約１．０〔μｍ〕の厚みをｂつ導電層（金属層
）１５がＴ　ｉ　Ｎ層１４上に形成されている。導電層
１５は、Δえ一８１合金層１３及びＴｉＮＷＩとともに
ショツ１−キ・バリア・電極を構成する。導電層１５は
ＡＬを主成分とり−るΔＬ合金層−〇構成できる。例え
ば、ＡＬ−ＣｕやＡｔ　−３ｉなどの合金層が使える。 例えば４重量％のＣＬＪを含むＡｔ　−Ｃｌ合金層や２
重♀％のＳｉを含むＡｔ　−３ｉ合金層を導電層１５と
して用いることかできる。合金層に代えて、ＡＬ。 Ａｕなどの純粋な金属を用いてｂ良い。 ＴｉＮバリア層１４はＡｔ　　Ｓ！合金層１３とＡｔ合
金層１５との間の相互拡散を防止するバリアとして機能
するだけではなく、Ａｔ合金層１５とＳ１基板１１との
間の相互拡散を防止する機能も持つ。ＡＬ−８ｉ合金層
１３中の３ｉの割合は、高いショットキ・バリア・ハイ
ドを得るための重要なファクタである。本発明によれば
、ＡＩ　−Ｓｉ合金層１３中の３ｉの濃度は１０〜７５
重量％の範囲内である。この鞘囲は、導電層１５中の３
ｉ濃度と明確に区別される。 第２図は、本発明が行なった実験により得られたグラフ
である。横軸はＡＬ−Ｓｉ合金Ｈ１３中の３ｉの濃度〔
重量％〕を示し、縦軸は測定されたショット４；・バリ
ア・ハイドφＢ　　（ｆ３Ｖ）を示づ。実験においては
、２０〔μＩ〕×２０〔μｍ〕のコンタク１ヘホール１
ｂをＳｉ０２層１２中に形成した。ショット：Ｙ・バリ
ア・ハイドφＢは、１０（μＡ〕の電流を第１図のショ
ットキ・バリア・ダイオードに流した状態で測定した。 図から、Ａ１−Ｓｉ合金層１３中のｓｉｗ度が増えるに
つれてショットキ・バリア・ハイドは増大し、また、シ
ョットキ・バリア・ハイドはＳｉ２度にほぼ比例するこ
とがわかる。図示するように、３ｉが０重量％のときシ
ョットキ・バリア・ハイドは０．７（ｅＶ）で、Ｓｌが
１０重Ｍ％のとぎ０．７５（ｅＶ）である。 上記１山の差、ずなわち０．０５　　（ｅＶ）によりシ
ョットキ・バリア・ダイオードの立ら上がり電圧ｖＦは
増大する。Ａｔ　　Ｓｉ合金）Ｆ＃１３がＳｉを含まな
いとき、測定された立ら−Ｆがり電圧は３１０（ｍＶ）
で、ＡＬ　−８ｉ合金層１３が１０重Φ％のＳｉを含む
とぎの立ち上がり電圧は３６０（ｍＶ）であった。ショ
ットキ・バリア・ダイオードのＴｚら上がり電圧はｅｘ
ｐ（Ｖ−φ［１）（ただし、■はダイオードに印加され
る電圧）に比例し、８１基板１１に対するＡｔ−Ｓｉ合
金層１３の接触面積に反比例する。従って、ショットキ
・バリア・ハイドを変えることで得られる立ち上がり°
電圧の変化は、接触面積を変えることで得られる変化に
くらべ極めて大である。ＡＬ−８ｉ合金層と基板との間
の接触面積を１／２にした場合、２０　（ｍＶ）の立ち
上がり゛電圧の圭胃が得られる。１０重量％以上の３ｉ
を含むＡＬ−Ｓｉ合金層１３によって、５０　（ｍＶ）
を越える立ら上がり電圧が得られる。 更に、ショットキ・バリア・ハイドはｓｒｓ度の増大と
ともに連続的に増大づる。従って、容易に所望のショッ
トキ・バリア・ハイドを選択することができる。これに
より、ショットキ・バリア・ハイドの設ｈ１の自由度を
向上させることができる。 第２図のグラフは、７５％を越えるＳｉ濃度に対するシ
ョットキ・バリア・ハイドを示していない。これは、実
験において上記値を越える５ｉｌ１度を持つＡｔ−８ｉ
合金ターゲットを準備できなかったためである。しかし
ながら、５層１ｍが７５中間％を越えて増大するに従い
、ショットキ・バリア・ハイドは飽和し又は徐々に減少
していくことが予測される。 第１図に示す層構造は次のプロセスで得られる。 ４；Ｌ　ｔ；　メニ、Ｓｉ括根板１１上ｃＶＤＷ４’ｓ
　ｉ　０２層１２を成長させる。次に、コンタクトホー
ル１６を５ｔＯｚ層１２中に形成する。そして、所望の
５ｉｌｌｉ１度を持ったＡＬ−８ｉ合金ターゲツ１〜を
スパッタして、Ａ　ｔ　−Ｓ　＋合金層１３をコンタク
トホール１６内及び５ｔＯｚＪＨ１２上に堆積させる。 続いて、ＴｉＮバリア層１４及びＡＬ合金層１５を、ス
パッタによりこの順で堆積させる。 その後、レジスト膜（図示なし）を△見合金層１５上に
堆積させ、パターニングする。最後に、Ａｙ、−３ｉ合
金層１３．Ｔ’ｉＮバリア層１４及びＡｔ合金層１５を
、パターニングしたレジスト膜をマスクとしてエツチン
グＪ゛る。 本発明者は、１０層７５不ｍ％の３ｉを含むＡｔ−８ｉ
合金層１３を第３図に示すように、Ｓｉ基板１１内に形
成された不純物拡散層上に堆積した場合には、△ｔ−８
ｉ合金層１３はコンタクト抵抗を減少させることに寄与
することを見出した。 第３図において、第１図と同一の層には同一の参照番号
をイ」シである。不純物拡散層１７はボロン等を拡散さ
せることで１りられるＰ型拡散層である。 その表面濃度は１　Ｘ　１０”　（ｃ「３）である。３
ｉ基板１１とＡｔ　−８ｉ合金層１３との間のコンタク
ト抵抗は、Ａｃ　−８ｉ合金１Ｐｊ１３中の５ｉ１１度
の増加とともに、連続的に減少する。 第４図は、本発明の実験により得られたグラフである。 実験では２〔μＩ！１）Ｘ２（μｍ）の大きさを持った
コンタクトホール１６を形成し、１０〔μへ）の電流を
コンタクトホール１６に流した。 第４図の横軸はＳｉ淵度（小量％〕を示し、縦軸はコン
タク１〜抵抗

〔０〕を示す。曲線Ａは１×１０１９（ｃ
ｍ−３）の表面ｍ度のＰ’ｌｌ拡１ｉｌｌ！層の場合の
測定されたコンタクｌ−を抗を表わし、曲線Ｂ及びＣは
５×１０円Ｃｃｍ”）及びＩ　Ｘ　１０”　（ｃＩＲ−
３３の場合のコンタクト抵抗を示す。第４図のグラフは
、コンタクト抵抗がｓｅａ度の増大とともに減少し、表
面不純物濃度の増大とともに減少することを明らかにし
ている。第３図の層構造は、５ｔＯｚｆｆｌ１２中に形
成したコンタクトホール１６を介してボロンイＡンを注
入することで得ることがぐきる。他のステップでは前述
したものと同様である。 第５図は、第１図に示ずショットキ・バリア・コンタク
ト及び第３図に示すオーミックコンタクトを含む半導体
装置の断面図である。第５図において、前述した図に示
す層と同一の層には同一の参照番号を（ｄ’　Ｌ　′ｃ
ある。図示する層構造は、ショット・バリア・ダイオー
ドを右するバイポーラトランジスタとして機能する。参
照番号１０はシリコン基板を示ず。シリコン基板１０中
には、図示するように不純物拡散領域が形成されている
。 領域■はベース電極及びトランジスタのペースコレクタ
間に接続されたショットキ・バリア・ダイオード（Ｓ［
３Ｄ）として機能する。領域Ｉ【はエミッタ電極及び領
域■はコレクタ電極として機能する。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、半導体基板に接
するＡＬ　−３ｉ合金層の３ｉ濶度を１０〜７５重量％
としたため、高いショッ１−キ・バリア・ハイドを１！
？ることができる。またト記濃度のＡＬ−３ｉ合金層を
不純物拡散層上に設けると、オーミンクコンタクト抵抗
を減少させることかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の断面図、 第２図は第１図の実施例におけるＡｔ−Ｓｉ合金層の８
１ｍ度とショットキ・バリア・ハイドの関係を示す図、 第３図は本発明の他の実施例の断面図、第４図は第３図
の実施例におけるＡｉ　−８ｉ合金層の３ｉ濃度とコン
タクト抵抗の関係を示す図、及び 第５図は本発明を用いたショットキバリアダイオードを
有するバイポーラトランジスタの断面図である。 図において、 １１はシリコン基板、 １２は５ｉＯ２ＷＪ、 １３はＡｔ−Ｓｉ合金層、 １４はＴｉＮバリア層、 １５はＡｔ合金層、 １６は］ンタクトホール、 １７は不純物拡散層 を示す。 特許出願人　　富　士　通　株式会社 ］７ 本肩ツ目の別の大祐少１の断面図 第３図 １０　　２０　　３０　　４０４５　ｓ＋＃ｋｆｉｃ（
Ｗｔ、’／、）第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）半導体基板（１１）と、 半導体基板（１１）上に形成されたアルミニウムとシリ
   コンの合金層（１３）と、 アルミニウム−シリコンの合金層（１３）上に形成され
   たバリア層（１４）と、 バリア層（１４）上に設けられた金属層 （１５）とを有し、 アルミニウム−シリコンの合金層（１３）中のシリコン
   濃度は１０ないし７５重量パーセントであることを特徴
   とする半導体装置。 （２）前記金属層（１５）中のシリコン濃度は前記アル
   ミニウム・シリコン合金属（１３）中のシリコン濃度よ
   りも小であることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   装置。