JPH02110933A

JPH02110933A - 配線構造とその形成方法

Info

Publication number: JPH02110933A
Application number: JP26164888A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ueda; 誠二上田
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1990-04-24

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】（産業上の利用分野）本発明は、半導体集積回路装置の多層配線構造およびそ
の製造方法に関するものである。

（従来の技術）従来、半導体集積回路装置の配線として、アルミニウム
合金が主として用いられているが、微細化と多層化の必
要性に伴い、アルミニウムに代わる高温に耐える配線材
料が必要となってきた。多層配線の上層には従来からの
アルミニウム合金を利用し、下層配線には耐熱性の配線
材料を使う必要が生じてきた。従来からこのような考え
に基づき、下層配線に多結晶シリコン膜または多結晶シ
リコン膜と金属珪化物（例えば、タングステンシリサイ
ド、モリブデンシリサイド）を二重に重ね合わせた配線
構造（以降、ポリサイドと記す）が用いられてきた。こ
れらの配線材料は、配線抵抗がアルミニウムに比しかな
り大きくなるが、耐熱性を有し、かつ微細化が容易であ
るなど大きな利点がある。

配線に関する従来の半導体集積回路装置を、タングステ
ンポリサイドを配線に用いる場合を例として、第４図に
より説明する。第４図（ａ）〜（ｄ）は配線に関する従
来の製造工程を示す断面図で、第４図（ａ）〜（ｃ）は
その工程順を示し、第４図（ｄ）は第４図（ｂ）のＡの
部分を拡大して示した図である。第４図において、１は
Ｐ型シリコン基板、２はＮ＋拡散層、３は二酸化珪素膜
からなる絶縁膜、Ａは開孔部、４は多結晶シリコン膜、
５はタングステンシリサイド膜、３ａは自然酸化膜であ
る。

従来の製造方法を簡単に示すと、第４図（ａ）に示すよ
うに、まず、Ｐ型シリコン基板１にイオン注入法により
砒素イオンを注入し、Ｎ＋拡散層２を形成し、この上に
二酸化珪素膜からなる絶縁膜３を堆積し、写真食刻法に
より絶縁１１侍３を開孔する。次に、第４図（ｂ）に示
すように、絶縁膜３上に開花部Ａの部分をも覆って多結
晶シリコンｊ漠４を堆積する。多結晶シリコン膜４に燐
を熱拡散法により拡散した後、第４図（ｃ）に示すよう
に、タングステンシリサイド膜５を堆積し、ポリサイド
膜の配線パターンを形成する。Ｎ３拡散層２は開孔部Ａ
を通じて、ポリサイド配線により電極を取り出される。

上記従来の方法では、Ａの拡大図第４図（ｄ）に示すよ
うに、Ｎ″″拡散層２と多結晶シリコン膜４との接続に
おいては、Ｎ″″拡散層２上に自然酸化膜３ａが成長し
、Ｎ０拡散層２と多結晶シリコン膜４の接触抵抗の変動
が大きくなり、安定した接触抵抗が得られず、開孔部（
コンタクトホール）Ａが微細な場合には特に困難であっ
た。

第コ３２回応用物理学関係連合講演会予稿集、Ｐ、５０
２．講演番号２９　Ｐ　−Ｄ　−７（１９８５）では、
次のような方法により改善を図っている。第４図（ｂ）
に示すＮ゛拡散層２と、多結晶シリコン膜４との接続の
段階において、多結晶シリコン膜４」−から燐をイオン
注入し、燐イオンの飛程距ｍ　（Ｒｒ　）が境界面に達
するようにして自然酸化膜３ａを破壊し、接続不良の問
題を解決しようとしている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、多結晶シリコン膜と拡散層との境界面に生じた
自然酸化膜による接続不良の問題を解消するために、燐
イオン注入により自然酸化膜を破壊しようとする従来の
方法には、燐イオンのＲ２を多結晶シリコン膜と拡散層
の境界面に届かせる点で、イオン注入などに多くの制約
が加わる。例えば、多結晶シリコン膜厚が２０００人で
は、加速エネルギ−１６０ＫｅＶ以上、注入量１０”／
ｃＪ程度必要であり、実用が困難である。さらに、開孔
部（コンタクトホール）Ａの大きさが２μｍφ以下では
、接触抵抗のバラツキが生じやすく、安定性に欠ける。

また、従来方法では、多結晶シリコン膜の堆積後、多結
晶シリコン膜に燐蒸着を・するため、拡散層はＮ“拡散
領域にしかオーミックコンタクトを形成することは不可
能である。Ｐ９拡散領域で電極を取り出すために、多結
晶シリコン膜にボロン拡散することは、工程上かなり複
雑であり、実用は困難である。以上のように、多結晶シ
リコン膵やポリサイドを配線層として用いるには、多く
の制約が生じていた。

本発明の目的は、従来の欠点を解消し、多結晶シリコン
膜と拡散層との境界面に生じる自然酸化膜を無視できる
程度に少なくし、ポリサイド配線と拡散層および多結晶
シリコン層と安定して接続する配線構造およびその製造
方法を提供することである。

さらに、Ｐ０拡散領域からの電極取り出しをも可能とす
るものである。

（課題を解決するための手段）本発明の配線構造とその製造方法は、不純物拡散層また
は第１の多結晶シリコン膜または第１の多結晶シリコン
膜と金属珪化物を重畳した配線層を有する半導体基板の
主面で、絶縁膜を介して第２の導電性を有する多結晶シ
リコン膜と第３の導電性被膜の重畳した配線層が積層さ
れ、不純物拡散層等が絶縁膜の開孔部で第３の導電性被
膜で接続され、電極を取り出す配線構造を有するもので
あり、前記第３の導電性被膜が金属珪化物であるもので
ある。

不純物拡散層または第１の多結晶シリコン膜または第１
の多結晶シリコン膜と金属珪化物を重畳した配線層を有
する半導体基板の主面に、絶縁膜および導電性を有する
第２の多結晶シリコン膜を順次形成する工程と、第２の
多結晶シリコン膜および絶縁膜を写真食刻法により開孔
し、不純物拡散層または第１の多結晶シリコン膜または
第１の多結晶シリコン膜と金属珪化物を重畳した配線層
の接続部を露出する工程と、第３の導電性被膜を堆積し
、第２の多結晶シリコン膜および露出した接続孔を覆う
工程と、第３の導電性被膜および第２の多結晶シリコン
膜が重畳した被膜を写真食刻法によりパターン形成し、
配線を形成する工程からなるものであり、第２の導電性
被膜が金属珪化物であるものである。

（作　用）本発明は、上記構造により、コンタクトホール内で導電
性被膜と不純物拡散層などとの境界面での自然酸化膜の
成長を防止することが可能となり、両者間の接触抵抗の
増大を防止し、安定化することができる。さらに、Ｐｏ
およびＮ″″不純物拡散層両者と直接接続することが可
能であり、ＣＭＯ３集積回路装置の多層配線に使用する
ことが可能となる６（実施例）本発明の半導体集積回路装置の配線構造の一実施例を、
第１図により説明する。第１図（ａ）は不純物拡散層と
ポリサイドの接続例、第１図（ｂ）は第１の多結晶シリ
コン膜とポリサイドの接続例を示す一部構造断面図であ
る。同図において、ＪはＰ型シリコン基板、２はＮ４拡
散層、３は二酸化珪素膜からなる絶縁膜、４は第２の多
結晶シリコン膜、５はタングステンシリサイド膜であり
、６は二酸化珪素膜からなる素子分離領域である。第１
図（ａ）の一部製造工程順断面図を第２図（ａ）〜（ｄ
）に示す。Ｐ型シリコン基板１に素子分離領域６、Ｎ９
拡散層２．二酸化珪素膜３．多結晶シリコン膜４を２０
００人堆積し、熱拡散法により燐を多結晶シリコン膜４
に拡散する〔第２図（ａ）〕。次に、フォトレジスト２
１を形成し、これをマスクとして開孔部２２を設ける〔
第２図（ｂ）〕。フォトレジスト２１をマスクとして多
結晶シリコン膜４．二酸化珪素膜３を順次異方性エツチ
ングにより開孔し、フォトレジスト２１を除去する〔第
２図（Ｃ）〕。次に、タングステンシリサイド膜５を減
圧気相成長法により堆積する。タングステンシリサイド
膜５と多結晶シリコン膜４の二重膜の電極配線パターン
を形成し、Ｎ０拡散層２からの電極を取り出す〔第２図
（ｄ）〕。

本図では、Ｎ＋拡散層２からの電極接続について記した
が、第１図（ｂ）に示した第１の多結晶シリコン膜７か
らの電極接続についても同様である。

従来の方法では、第４図（ｄ）のように、多結晶シリコ
ン層とＮ″″拡散層の境界面に自然酸化膜３ａが１０〜
２０人生じたが、本例では、１０Å以下であり、コンタ
クト抵抗は安定し、信頼性が改善される。

これは、従来の方法では多結晶シリコン膜の成長が６２
０℃程度の高温であり、減圧気相成長炉へ基板が投入さ
れるとき、雰囲気中に含まれる空気により露出した開孔
部の基板または多結晶シリコン膜が酸化されるためであ
る。一方、タングステンシリサイド膜はＷＦ６．５ｉｌ
１４混合ガスにより、減圧気相成長法により３７０℃で
成長可能であり、成長時の自然酸化膜は容易に制御でき
る。

さらに、従来の方法では、第２の多結晶シリコン膜と基
板に形成された不純物拡散層または第１の多結晶シリコ
ン膜が同一の導電型を有する場合しかオーミックコンタ
クトをとることが不可能であったが、本実施例による方
法では、逆導電型であっても問題はない。

また、本実施例では、第２図（ｂ）に示したように、フ
ォトレジスト２１をマスクとして、連続して多結晶シリ
コン膜４．二酸化珪素膜；３を食刻したが、第：３図に
示す方法でも可能である。

第：３図（ａ）は第２図（ａ）と同一であり、多結晶シ
リコン膜４が形成され、第１の開孔用マスクで多結晶シ
リコン膜４だけ選択的にエツチングされて開孔部２３が
形成される〔第３図（ｂ）〕。開孔部２３より小さく、
第２の開孔部マスクで二酸化珪素膜３が開孔され、第２
の開孔部２４が形成される〔第２図（Ｃ）〕。二酸化珪
素膜：３の開孔後、第２図（ｄ）と同様、タングステン
シリサイド膜５を堆積し、電極パターンを形成する〔第
３図（ｄ）〕。１回の写真食刻工程が増加するが、製造
可能である。

本実施例では、タングステンシリサイド膜を示したが、
モリブデンシリサイドなど他の金属珪化物でも同様な構
造は可能である。また、多結晶シリコン膜および金属珪
化物が重畳した配線からの電極取り出しについても同様
である。

（発明の効果）本発明の配線構造およびその形成方法によれば、金属珪
化物と不純物拡散層や多結晶シリコン膜等との境界面に
おける自然酸化膜の成長を抑制することは極めて容易で
あり、接触抵抗のバラツキを減少し、安定化することが
できる。従来方法で述べたように、高加速、大注入量の
イオン注入も不要であり、製造工程も複雑にならない。

さらに、多結晶シリコン膜と金属珪化物の二重構造の配
線であるが、不純物拡散層などとの接続は全て金属珪化
物で行なっているので、多結晶シリコン膜の不純物導電
型にかかわらず′ｆｌ！極を接続することができる。す
なわち、従来の方法では主として多結晶シリコン膜は燐
または砒素で拡散されているので、Ｎ３拡散層だけしか
電極を取り出すことはできなかった。したがって１本実
施例によれば、実用上の効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の配線構造による半導体集積回路装置の
一実施例における一部構造断面図、第１図（ａ）は基板
に形成された不純物拡散層の電極接続、第２図（ａ）〜
（ｄ）はその工程順を示す図、第３し１は同じく一部変
更した実施例を示す図、第４図は従来の半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面ＩＶ＋、第４図（ｄ）は第４
図（ｂ）の一部を拡大して示した断面図である。１　・Ｐ型シリコン基板、　　２・・・Ｎ″″拡散層、
：３，６・・・二酸化珪素膜、　３ａ・・自然酸化膜、
　４・多結晶シリコン膜、　５・・・タングステンシリ
サイド膜、　　７・・・第１の多結晶シリコン膜、　２
１・・フォトレジスト、２２、２３．２４・・開孔部。（ａ）第図特許出願人　松下電子工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）不純物拡散層または第１の多結晶シリコン膜また
は第１の多結晶シリコン膜と金属珪化物を重畳した配線
層を有する半導体基板の主面で、絶縁膜を介して第２の
導電性を有する多結晶シリコン膜と第３の導電性被膜の
重畳した配線層が積層され、前記不純物拡散層等が前記
絶縁膜の開孔部で前記第３の導電性被膜で接続され、電
極を取り出す配線構造を有することを特徴とする半導体
装置。
（２）第３の導電性被膜が金属珪化物であることを特徴
とする請求項（１）記載の半導体装置。
（３）不純物拡散層または第１の多結晶シリコン膜また
は第１の多結晶シリコン膜と金属珪化物を重畳した配線
層を有する半導体基板の主面に、絶縁膜および導電性を
有する第２の多結晶シリコン膜を順次形成する工程と、
前記第２の多結晶シリコン膜および前記絶縁膜を写真食
刻法により開孔し、前記不純物拡散層または第１の多結
晶シリコン膜または第１の多結晶シリコン膜と金属珪化
物を重畳した配線層の接続部を露出する工程と、第３の
導電性被膜を堆積し、前記第２の多結晶シリコン膜およ
び露出した接続孔を覆う工程と、前記第３の導電性被膜
および第２の多結晶シリコン膜が重畳した被膜を写真食
刻法によりパターン形成し配線を形成する工程とからな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（４）第２の導電性被膜が金属珪化物であることを特徴
とする請求項（３）記載の半導体装置の製造方法。