JPH0216770A - 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〕 銅或いは銅合金からなる電極・配線を有する半導体装置
の改良に関し、 電極・配線に於けるシリコン半導体基板とのコンタクト
界面に於ける熱的安定性が良好であると共に電極コンタ
クト窓側壁から銅或いは銅合金がシリコン半導体基板中
に拡散されないようにすることを目的とし、 シリコン半導体基板を覆い且つ選択的に形成された電極
コンタクト窓をもつ絶縁膜と、該電極コンタクト窓内に
て前記シリコン半導体基板とコンタクトするチタン・シ
リサイド膜と、該チタン・シリサイド膜上に選択成長さ
れて前記電極コンタクト窓を埋めるタングステン膜と、
該タングステン膜とコンタクトし且つ前記絶縁膜上に延
在する銅或いは銅合金からなる電極・配線とを備えてな
るよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、銅（Ｃｕ）或いは銅合金からなる電極・配線
を有する半導体装置の改良に関する。

半導体装置の高集積化が進展するにつれ、サブ・ミクロ
ン領域に於ける電極・配線のエレクトロ・マイグレーシ
ョンが問題になっている。

Ｃｕ或いはＣｕ合金からなる電極・配線はエレクトロ・
マイグレーションに対する耐性が高く、しかも、配線抵
抗もアルミニウム（Ａｎ配線に比較すると約２／３程度
と低いので、次世代の半導体装置に於ける電極・配線材
料として有望視されているのであるが、Ｃｕ或いはＣｕ
合金のグレイン・サイズを大きくする為に約８００（”
Ｃ）程度の高温で熱処理することが行われているが、こ
の際、Ｃｕ若しくはＣｕ合金がシリコン半導体基板に拡
散されてｐｎ接合を破壊することが懸念される。Ｃｕは
シリコン中で正孔・電子対発生の核となる為、逆方向電
流を発生し、リーク電流を増加させる原因になり、半導
体装置の特性を劣化させる。

〔従来の技術〕

従来、Ｃｕ或いはＣｕ合金からなる電極・配線を用いた
半導体装置に於いては、チタン・ナイトライド（Ｔ　ｉ
　Ｎ）膜を用いてＣｕ或いはＣｕ合金がシリコン半導体
基板に拡散することを防止し、また、シリコン半導体基
板とのコンタクト界面にはチタン（Ｔｉ）膜を形成して
コンタクト抵抗の低減を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したように、ＴｉＮ膜を用いてＣｕ或いはＣｕ合金
の拡散を防止する場合、スパッタリング法で電極コンタ
クト窓内にＴｉＮ膜を形成するが、電極コンタクト窓の
側壁に被着されるＴｉＮ膜は薄くなってしまい、そこか
らＣｕ或いはＣｕ合金がシリコン半導体基板中に拡散す
る虞がある。

本発明では、電極・配線に於けるシリコン半導体基板と
のコンタクト界面に於ける熱的安定性が良好であると共
に電極コンタクト窓側壁からＣｕ或いはＣｕ合金がシリ
コン半導体基板中に拡散することがないようにする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に依る半導体装置に於いては、シリコン半導体基
板（例えばシリコン半導体基板１）を覆い且つ選択的に
形成された電極コンタクト窓（電極コンタクト窓３Ａ）
をもつ絶縁膜（例えば絶縁膜３）と、該電極コンタクト
窓内にて前記シリコン半導体基板とコンタクトするチタ
ン・シリサイド膜（例えばＴ　ｉ　Ｓ　ｉ　２膜４′）
と、該チタン・シリサイド股上に選択成長されて前記電
極コンタクト窓を埋めるタングステン膜（例えばＷ膜５
）と、該タングステン膜とコンタクトし且つ前記絶縁膜
上に延在するＣｕ或いはＣｕ合金からなる電極・配ｖＡ
（例えば電極・配線６）とを備えている。

〔作用〕

前記手段を採ることに依り、Ｃｕ或いはＣｕ合金からな
る電極・配線膜を形成する際、グレイン・サイズを大き
くする為の高温熱処理を行っても、シリコン半導体基板
に於ける電極コンタクト界面の熱的安定性は充分に維持
され、しかも、電極コンタクト窓の側壁からＣｕ或いは
Ｃｕ合金がシリコン半導体基板中に拡散されることは皆
無であると共に表面は平坦化される。従って、その電極
・配線膜で形成した電極・配線のコンタクト抵抗は充分
に低く且つエレクトロ・マイグレーションに対する耐性
が高く、また、ｐｎ接合が損なわれことは皆無であり、
リーク電流は低減される。

〔実施例〕

第１図乃至第５図は本発明一実施例を製造する場合につ
いて解説する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切
断側面図を表し、以下、これ等の図を参照しつつ説明す
る。

第１図参照 （１）通常の技法を適用することに依り、シリコン半導
体基板１に必要な領域、例えば不純物拡散領域２を形成
し、二酸化シリコン（ＳｉＯ１２）からなる絶縁膜３を
形成する。

（２）通常のフォト・リソグラフィ技術を適用すること
に依り、絶縁膜３を選択的にエツチングして電極コンタ
クト窓３Ａを形成する。

（３）　　スパッタリング法を適用することに依り、厚
さ例えば７００　〔人〕のＴｉ膜４を形成する。

第２図参照 （４）　　ＲＴＡ　（ｒａｐｉｄ　　ｔｈｅｒｍａｌ　
　ａｎｎｅａｌ）法を適用することに依り、温度例えば
８００　〔℃〕、時間例えば２０〔秒〕の熱処理を施し
、シリコン半導体基板１とＴｉ膜４とを反応させてチタ
ン・シリサイド（ＴｉＳｉ２）膜４′を形成する。尚、
シリコンの供給がない部分では、Ｔｉ膜４はシリサイド
化されることなく、そのままの状態を維持することは勿
論である。

第３図参照 （５）　　エッチャントを例えば過酸化アンモニア水と
する浸漬法を適用することに依り、前記未反応のＴｉ膜
４を除去する。

第４図参照 （６）化学気相成長（ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ｖａｐ。

ｒ　　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を通用するこ
とに依り、電極コンタクト窓３Ａ内に生成されているＴ
ｉＳｉ２膜４′上にタングステン（Ｗ）膜５を選択成長
させ、電極コンタクト窓３Ａを略完全に埋める。

第５図参照 （７）　　スパッタリング法を適用することに依り、厚
き例えば５０００　（人〕のＣｕ或いはＣｕ合金膜を形
成する。

［８）Ｃｕ或いはＣｕ合金膜に於けるグレイン・サイズ
を大きくする為、温度例えば８００（”ｃ）、時間例え
ば３０〔分〕の熱処理を行う。

このような高温の熱処理を施しても、さきにＴｉＳｉ２
膜４′を生成させた際の熱処理温度が８００（’Ｃ）で
あり、シリコン半導体基板ｌとのコンタクト界面に於け
る熱的安定性が損なわれることはなく、また、電極コン
タクト窓３Ａ内を埋めているＷ膜５及びＴ　ｉ　Ｓ　ｉ
　２膜４′でＣｕ或いはＣｕ合金がシリコン半導体基板
１へ拡散するのは完全に阻止される。尚、コンタクト界
面に於ける熱的安定性のみを考慮するのであれば、Ｗ膜
５のみでも目的を達成することは可能であるが、それで
はコンタクト抵抗が高いので、ＴｉＳｉ２膜４′を介在
させることで補償している。

（９）通常のフォト・リソグラフィ技術を適用すること
に依り、前記Ｃｕ或いはＣｕ合金膜をパタニングして電
極・配線６とする。

〔発明の効果〕

本発明に依る半導体装置に於いては、電極コンタクト窓
をＴ　ｉ　Ｓ　ｉ　２とＷで埋め、その上にＣｕ或いは
Ｃｕ合金からなる電極・配線を形成している。

前記構成を採ることに依り、Ｃｕ或いは・Ｃｕ合金から
なる電極・配線膜を形成する際、グレイン・サイズを大
きくする為の高温熱処理を行っても、シリコン半導体基
板に於ける電極コンタクト界面の熱的安定性は充分に維
持され、しかも、電極コンタクト窓の側壁からＣｕ或い
はＣｕ合金がシリコン半導体基板中に拡散されることは
皆無であると共に表面は平坦化される。従って、その電
極・配線膜で形成した電極・配線のコンタクト抵抗は充
分に低く且つエレクトロ・マイグレーションに対する耐
性が高（、また、ｐｎ接合が損なわれることは皆無であ
って、リーク電流は低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明一実施例を製造する場合につ
いて解説する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切
断側面図を表している。 図に於いて、１はシリコン半導体基板、２は不純物拡散
領域、３は絶縁膜、４はＴｉ膜、４′はＴ　ｉ　Ｓ　ｉ
　２膜、５はＷ膜、６はＣｕ或いはＣｕ合金からなる電
極・配線をそれぞれ示している。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　相　谷　昭　司

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリコン半導体基板を覆い且つ選択的に形成された電極
   コンタクト窓をもつ絶縁膜と、 該電極コンタクト窓内にて前記シリコン半導体基板とコ
   ンタクトするチタン・シリサイド膜と、該チタン・シリ
   サイド膜上に選択成長されて前記電極コンタクト窓を埋
   めるタングステン膜と、該タングステン膜とコンタクト
   し且つ前記絶縁膜上に延在する銅或いは銅合金からなる
   電極・配線と を備えてなることを特徴とする半導体装置。