JPH01175245A - 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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JPH01175245A
JPH01175245A JP33221887A JP33221887A JPH01175245A JP H01175245 A JPH01175245 A JP H01175245A JP 33221887 A JP33221887 A JP 33221887A JP 33221887 A JP33221887 A JP 33221887A JP H01175245 A JPH01175245 A JP H01175245A
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JP
Japan
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layer
wiring
contact window
barrier metal
insulating film
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JP33221887A
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English (en)
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Shinji Sugaya
慎二 菅谷
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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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〕 半導体装置及びその製造方法、特に半導体装置における
バリアメタル層を介在せしめた配線接続部の構造及びそ
の形成方法に関し、 配線金属のエレクトロマイグレーションを防止してデバ
イスの信頼性を高め、且つ工程を簡略化することを目的
とし、 導電性基体上の絶縁膜に形成された該導電性基体面を表
出するコンタクト窓の底面及び側面のみにバリアメタル
層を有し、該コンタクト窓上に該バリアメタル層に接し
且つその全面を覆う配線材料層が配設された配線接続部
を有してなる構造の構成、及び、導電性基体上を覆う絶
縁膜に該導電性基体面を表出するコンタクト窓を形成す
る工程と、該コンタクト窓の内面を含む該絶縁膜上にバ
リアメタル層を形成する工程と、該コンタクト窓′内に
その開口面近傍までを埋めるレジスト層を形成する工程
と、該レジスト層をマスクにして表出するバリアメタル
層をエツチング除去する工程と、該レジスト層を除去し
た後、該コンタクト窓上に該コンタクト窓内面のバリア
メタル層に接し且つその全面を覆う導電体層配線を形成
する工程とを含む方法の構成を有する。
〔産業上の利用分野〕
半導体装置及びその製造方法、特に半導体装置における
バリアメタル層を介在せしめた配線撥続部の構造及びそ
の形成方法に関する。
LSI等の高集積化される半導体ICにおいては、ショ
ートチャネル効果を防止するためにソース・ドレイン領
域等の不純物拡散領域が極度に浅く形成されるようにな
ってきており、且つ素子面積の縮小によって配線コンタ
クト窓の大きさや配線幅も著しく微細化されてきている
かかる半導体ICにおいては、シリコン(St)基体と
これに接する配線金属との固相反応によって生ずる上記
不純物拡散領域の接合破壊を防止するためにアルミニウ
ム(八l)にSiを1〜3%程度混入させたAl−5i
配線が多く用いられる。しかしこのAl−5i配線は形
成後に熱処理が加わった際、不純物拡散領域との界面に
配線中に含まれるSiがA1を含んだ状態で固相エピタ
キシャル成長するという現象があり、前記のようにコン
タクト窓が微細化された際には析出した上記AIを含ん
だ高抵抗のp型Siがコンタクト窓内に表出する不純物
拡散領域の全面上を覆って、特にn型拡散層に対しては
低コンタクト抵抗を有する良好な配線接続がなし得ない
という問題を生ずる。
そこでこの問題を解決するために、金属配線と該金属配
線が接する半導体基体との界面に、配線金属と基体半導
体との固相反応を防止するバリアメタル層を介在せしめ
る構造が実用化されるようになった。
〔従来の技術〕
従来のバリアメタル層を下部に有する金属配線例えばA
l−5i配線は下記のような工程により形成されていた
即ち第3図(alに示すように不純物拡散領域52の形
成されたSi基板51上に不純物ブロック用酸化膜53
を介して燐珪酸ガラス(PSG)等の下層絶縁膜54を
形成し、該下層絶縁膜54及び不純物ブロック用酸化膜
53を貫通するコンタクト窓55を形成し、例えば該下
層絶縁膜54をリフローして上記コンタクト窓55の側
面をなだらかにした後、該コンタクト窓55の内面を含
む下層絶縁膜54上にバリアメタル1’1)56を形成
し、次いでバリアメタル層156上にへl−5i層15
7を形成する。
そしてフォトリソグラフィにより第3図(b)に示すよ
うに、レジストパターン58a 、 58b等をマスク
にしAl−3t [157及びバリアメタル層156を
パターニングして、自己整合するバリアメタル層56a
 、 56bをそれぞれ下部に有するAl−3i配線5
7a 、57b等を形成する方法である。
従ってバリアメタル層を具備した従来の配線は第2図(
C)に示すように、金属配線即ちAl−5t配線57a
、57b等の下部全域にバリアメタル層56a、56b
等が配設された構造を有していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そのため、従来の構造には次のような問題が生じていた
i)バリア性を充分に確保するためにはバリアメタル層
の厚さが1000〜1500人程度必要になるので、配
線の高さが5000人程度に制限される場合バリアメタ
ル層の厚さが配線材料層即ちAl−5t層の25〜40
%にも達するため、Al−5t層の断面積の減少により
電流密度の許容限界を越えることによってへ1−3iJ
W内にエレクトロマイグレーション現象による断線が発
生し易くなり、デバイスの信頼性が低下する。
ii)シリサイドをバリアメタルとして用いた際には、
シリサイド中のSiの配線金属中への固溶・再析出が生
じて、部分的にAl−5t層の実効断面積が極端に減少
し、エレクトロマイグレーションによる断線等を生じデ
バイスの信頼性が低下する。
iii )バリアメタルに例えばチタン・タングステン
(TiW)等の配線金属であるAl−5i と同時にエ
ツチング出来ない材料を使用した場合、エツチングを2
度に分けて行う必要があり工程が煩雑化する。
iv)パターニングに際してバリアメタル層の端部にア
ンダーカット部を生じ、この部分の被覆絶縁膜に空洞部
を生じてデバイスの信頼性を低下させることがある。
そこで本発明は、配線金属のエレクトロマイグレーショ
ンを防止してデバイスの信頼性を高め、且つ工程を簡略
化して製造原価の低減が図れる配線構造及びその形成方
法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、導電性基体上の絶縁膜に形成された該導
電性基体面を表出するコンタクト窓の底面及び側面のみ
にバリアメタル層を有し、該コンタクト窓上に該バリア
メタル層に接し且つその全面を覆う配線材料層が配設さ
れた配線接続部を有してなる本発明による半導体装置、
及び導電性基体上を覆う絶縁膜に該導電性基体面を表出
するコンタク1窓を形成する工程と、該コンタクト窓の
内面を含む該絶縁膜上にバリアメタル層を形成する工程
と、該コンタクト窓内にその開口面近傍までを埋めるレ
ジスト層を形成する工程と、該レジス1−層をマスクに
して表出するバリアメタル層をエツチング除去する工程
と、該レジスト層を除去した後、該コンタクト窓上に該
コンタクト窓内面のバリアメタル層に接し且つその全面
を覆う導電体層配線を形成する工程とを含む本発明によ
る半導体装置の製造方法によって解決される。
〔作 用〕
即ち本発明は、第1図に示す原理図のように、配線金属
層101と半吉体基体2との固相反応を阻止するための
バリアメタル層3を自己整合手段によって絶縁膜4に形
成された配線コンタクト窓5・の内面のみに形成し、位
置合わせ余裕寸法L1、L2をを含んだ充分に広い幅匈
を有する金属配線1を上記コレタクト窓5上を含む該絶
縁膜4上に形成する。
従って、該配線全体の中に占めるバリアメタル層の体積
の比率は従来に比べ大幅に低下するので、バリアメタル
にシリサイドを用いた際のシリサイドから配線内へのS
iの固溶量は極度に減少し、配線内へのSiの析出はな
くなり、エレクトロマイグレーションによる断線が防止
される。
またコンタクト窓5の内面のみにバリアメタル層3が配
設され、該配線の他の領域に延在する部分(lb)は全
体が配線材料層のみによって構成されるので、バリアメ
タルの厚さに相当する分、配線金属層の厚さを減らす必
要がなく、そのため許容電流密度が増大してエレクトロ
ンマイグレーションが防止される。
更にまた、上記余裕寸法により配線金属層101のパタ
ーニングに際してバリアメタル層3が配線金属層101
の外に露出することがないので、配線パターニングに際
してのエツチングは1度で済み工程が簡略化されると同
時に、バリアメタルのアンダーカットがなくなって、こ
れに起因する被覆絶縁膜の信頼性低下も防止される。
〔実施例〕
以下本発明に係る半導体装置及びその製造方法を、一実
施例について、第2図(al〜(f)に示す製造工程断
面図を参照して具体的に説明する。
本発明に係るMO3型半導体装置は、第2図(f)に示
すように、例えば2000人程度0浅いn゛型トドレイ
ン領域12面表出する配線コンタクト窓16の内面(底
面及び側面)のみに、該コンタク1窓16に自己整合す
るバリアメタル層例えば厚さ2000〜3000人程度
のチタン・タングステン(TiW)層17がiff沢的
に配設され、該コンタクト窓16にに位置合わせ余裕に
よって広い面積に形成され該コンタクト窓16内のTi
W層17を完全に覆・)例えばAl−3i配線19a、
及び同−Al−5i層からなりフィールド領埴土に延在
するAl−5i配線19bを有してなってい。
る。
このように本発明の構造においては、コンタクト窓の内
面にのみしかバリアメタル層が配設されないので、前記
作用の項に示したような種々の効果を生ずる。
なお図において、6はp−型St基板、7はフィールド
酸化膜、8はp型チャネルストッパ、9は素子形成領域
、10はゲート酸化膜、1)とポリSiゲート電極、1
2はn゛型ドレイン領域、13はn゛型ソース領域、1
4は不純物ブロック用酸化膜、15は下層絶縁膜を示す
次ぎに上記本発明に係る半導体装置を製造する方法を、
図を参照して説明する。
第2図(al参照 本発明の方法により、例えばMO3型半導体装置の浅い
接合を有するドレイン領域等に接続するAl−5t配線
を形成するに際しては、従来通りの方法により、例えば
p−型Si基!726が通常通り選択酸化によるフィー
ルド酸化膜7及びその下部のp型チャネルスI・ツバ8
によって分離表出された素子形成領域9を有し、該素子
形成領域9上にゲート酸化膜10を介してポリSiゲー
ト電極1)が形成され、該素子形成領域面9に例えば2
000人程度0浅いn°型ドレイン領域12及びn゛型
ソース領域13が形成され、そのSi表出面に不純物ブ
ロック用酸化膜14を形成し、該基板上に厚さ18部程
度のpscよりなる下層絶縁膜15を形成し、通常のり
ソグラフィ手段により該下層絶縁膜15にドレイン領域
12を表出する配線コンタクト窓1Gを形成し、該下層
絶縁膜15のリフロー処理を行って配線コンタクト窓1
6の側面をなだらかに形成してなる被加工基板をP、備
する。
第2図(b)参照 そして先ず上記被加工基板上にバリアメタル層として通
常のスパッタ法により厚さ2000〜3000人程度の
TiW層17を形成する。
第2図(C)参照 茨いてこの基板上に所定の厚さのポジレジスト層18を
形成し、コンタクト窓16内のレジスI・層を殆ど感光
せしめない程度の深さに達する露光量で・紫外線(UV
)露光を行う。なおコンタクト窓16部以外で露光不足
になりそうな凹部内のレジストに対しては、コンタクト
窓部を覆って再度露光を行って完全に感光させる。18
aは未感光レジスト層を示す。
第2図(dl参照 次いで所定の現像を行って配線コンタクト窓16内を埋
める未感光のレジスト層18aを残し他領域の感光され
たレジスl−層18を選択的に溶解除去する。
第2図(e)参照 次いで、コンタクト窓16部を埋めるレジスト層18a
をマスクにして表出するTiWJ1)7を例えばCF、
 、sF+、 、NF3等のガスを用いるプラズマエツ
チング処理により除去する。
ここで配線コンタクト窓16の内面のみに、該コンタク
ト窓16に自己整合するバリアメタル層即ちTiU層■
7が残留形成される。
第2図(「)参照 次いで、コンタクI・窓16部を埋めるレジスト層18
aを溶解除去した後、該基板上に配線材料として厚さ5
000〜6000人程度のAl−5i層を形成し、通常
のりソグラフィ手段によりパターニングを行い、ト記T
iW層17を内面のみに有する配線コンタクト窓16上
を覆うAl−3i配vA19a及びフィールド上に延在
するAl−5i配線19bを形成する。
そして以後図示しないが、眉間絶縁膜の形成、上層配線
の形成、被覆絶縁膜の形成等がなされ本発明を適用した
半導体装置が完成する。
なお、バリアメタルとしては、上記TiW以外にチタン
と窒化チタンの2重層(Ti/TiN)、不純物をドー
プしたポリSi、モリブデンシリサイド(MoSiz)
、タングステンシリサイド(WSi Z)等も用いられ
?)。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、アルミニウム等の配
線金属と半導体基体面との同相反応を防止するために金
属配線とこれに接する半導体装置との間にバリアメタル
層が配設される構造の半導体装置において、バリアメタ
ルからのシリコンの固溶・析出あるいはバリアメタル層
の厚さに相当する配線金属層の厚さの減少等はなくなっ
てエレクトロマイグレーシヲンによる該金属配線の断線
は防止される。
また配線金属層のパターニングに際してバリアメタル層
は表出することがないので、エツチングが容易になって
工程が簡略化され、且つバリアメタル層のアンダーカッ
トによる被覆絶縁膜の品質低下も防止される。
以上により本発明はLSI等の半導体装置の信頼性の向
上、製造原価の低減に有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2図(a)〜(f)は本発明の一実施例の製造工程断
面図・ 第3図(al〜(C)は従来の製造方法の工程断面図で
ある。 図において、 1は金属配線、 2は半導体基体、 3はバリアメタル層、 4は絶縁膜、 5は配線コンタクト窓、 6はp−型Si基板、 7はフィールド酸化膜、 8はp型チャネルストッパ、 9は素子形成領域、 10はゲート酸化膜、 1)とポリSiゲート電極、 12はn゛型トドレイン領域 13はn゛型ソース顯域、 14は不純物ブロック用酸化膜、 15は下層絶縁膜、 16は配線コンタク1−窓、 17はT1層、 18及び18aはボジレジス(・層、 19a及び19bはAl−3i t’lt!線を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)導電性基体上の絶縁膜に形成された該導電性基体
    面を表出するコンタクト窓の底面及び側面のみにバリア
    メタル層を有し、 該コンタクト窓上に該バリアメタル層に接し且つその全
    面を覆う配線材料層が配設された配線接続部を有してな
    ることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)導電性基体上を覆う絶縁膜に該導電性基体面を表
    出するコンタクト窓を形成する工程と、 該コンタクト窓の内面を含む該絶縁膜上にバリアメタル
    層を形成する工程と、 該コンタクト窓内にその開口面近傍までを埋めるレジス
    ト層を形成する工程と、 該レジスト層をマスクにして表出するバリアメタル層を
    エッチング除去する工程と、 該レジスト層を除去した後、該コンタクト窓上に該コン
    タクト窓内面のバリアメタル層に接し且つその全面を覆
    う導電体層配線を形成する工程とを含むことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
JP33221887A 1987-12-29 1987-12-29 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH01175245A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05190549A (ja) * 1991-07-08 1993-07-30 Samsung Electron Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JPH06224149A (ja) * 1992-12-19 1994-08-12 Gold Star Electron Co Ltd 半導体装置における金属配線用コンタクトホールの形成方法
KR100851492B1 (ko) * 2002-06-29 2008-08-08 매그나칩 반도체 유한회사 파워 소자 형성 방법
US7561555B2 (en) 2000-12-06 2009-07-14 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for handoff of a wireless packet data services connection

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