JPH02280378A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高温の熱処理によって特性が劣化することの
ない耐熱性配線を具えた半導体装置、及びその製造方法
に関するものである。

（従来の技術） 第３図は高融点金属配線層を具えた従来の半導体装ｔの
断面図、第４図Ｃａ’）〜（ｅ）は第３図に示す従来の
半導体装置の製造方法を示した断面図である。第３図に
おいて、半導体基板例えばシリコン基板（１）上には絶
縁層（２）が熱酸化、化学的気相成長法（以下ＣＶＤと
いう）等により形成されており、該絶縁層（２）にはコ
ンタクトホール（３）が形成されている。コンタクトホ
ール（３）内のシリコン基板（１）の表面部分にはチタ
ンシリサイド層（８）が形成され、その表面に窒化チタ
ン層（５１）が形成されている。そして、この窒化チタ
ン層（５１）の表面に低抵抗の配線となる高融点金属配
線層（９１）が形成されている。ここで、窒化チタン層
（５１）はこの、高融点金属配線層（９１）とシリコン
基板（１）との反応を防止する反応障壁となる。

このように従来の半導体装置は、高融点金属配線層（９
１）とシリコン基板（１）上のコンタクトホール（３）
における電気的接続部（以下コンタクトという）との間
に反応障壁として窒化チタン層（５１）が存在するため
、後の高温の熱処理に対して電気的導通が劣化すること
が少ない。このため、この構成は多くの熱処理を必要と
する三次元ＬＳＩ等に用いられている。

次に、第４図に従って第３図の半導体装置の製造方法を
説明する。半導体基板例えばシリコン基板（１）上に絶
縁Ｎ（２）を熱酸化、ＣＶＤ等により形成した後、写真
製版、エツチングによりコンタクトホール（３）を形成
する（第４図（ａ）　）　、次に、チタン層（７）をス
パッタリング法で、窒化チタン層（５）を反応性スパッ
タ法によりそれぞれ堆積する（第４図（ｂ）　）　、こ
こで、ランプ加熱炉等を用いて窒素雰囲気で熱処理を行
ない、シリコン基板（１）とチタン層（７）とを反応さ
せる。これにより、第４図（Ｃ）に示すようにチタン層
（７）がシリコン基板（１）と面する部分のみにチタン
シリサイド層（８）が形成され、それ以外のチタン層（
７）は窒化され窒化チタン層（５１）となる、この後、
窒化チタン層（５１）上に低抵抗で高温処理に対して安
定な高融点金属層（例えば、タングステン）（９）を形
成しく第４図（ｄ）　）、Ｓ真製版、エツチングによる
バターニングにより金属配線層（ｇｌ）を形成する（第
４図（ｅ））。

（発明が解決しようとする課題） 従来の半導体装置は以トのように構成され、また上記の
ような製造方法によって製造されるため、配線層（９１
）及びコンタクトホール形成後の高温処理、例えば８５
０°Ｃで３０分間の加熱を行なった場合、チタンシリサ
イド層（８）が熱的に不安定となり、その結果チタンシ
リサイド層（８）か凝集して塊状になり、電気的特性か
劣化するという欠点かあった。

また、反応障壁層である窒化チタン層（５１）はバター
ニングされるため表面段差か大きくなり上部の配線層（
９１）の部分に断線等の不良か発生し易く、装置の歩留
が低下するという欠点もあった。

本発明は上記のような欠点を解消するためになされたも
ので、熱処理に安定なコンタクトを有する半導体装置及
びその製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明による半導体装置は、絶縁層に形成されたコン
タクトホール底部の半導体基板の表面部分に形成された
金属シリサイド層と、該金属シリサイド層上のコンタク
トホール内に形成された金属窒化物層とを備えている。

この発明による半導体装置は、絶縁層に形成されたコン
タクトホール内に金属層を選択的に形成し、窒素雰囲気
中で熱処理して上記金属層の上部を窒化して金属窒化物
を形成し、上記金属層と上記半導体基板との界面を反応
させて上記金属窒化物の下部に金属シリサイド層を形成
して製造される。

（作用） この発明における半導体装置はコンタクトホール内に反
応障壁層として作用する金属窒化物層を形成できるため
、段差を低減でき、その後の工程で高融点金属層をその
上に形成しても配線の断線が起こりにくく歩留が向上す
る。

また、シリコン基板との界面には金属シソサイド層が形
成されるため、配線層とシリコン基板との間の電気的な
接触が良くなりコンタクト抵抗か低減される。

（実施例） 以下、この発明を金属層として金属タングステンを使用
した例について説明する。

第１図はこの発明による半導体装ｔを示す。同図におい
て、コンタクトホール（３）内のシリコン基板（１）の
表面は選択的に金属シリサイド層であるタングステンシ
リサイド層（１３）が形成されている。その上部には金
属窒化物層であるタングステン窒化物層（１４）が形成
されており、該タングステン窒化物層（１４）上にはタ
ングステン等の高融点金属配線層（１５）が設けられて
いる。

上記のような構造をもった半導体装置において、タング
ステンシリサイド層（１３）は、シリコン基板（１）と
高融点金属配線層（１５）との接触を良くし、コンタク
ト抵抗を低減する働きがある。ま・た、タングステン窒
化物層（１４）は、シリコン基板（１）と配線層（１５
）との反応を制御する反応障壁層として作用する。

次に第２図（ａ）〜（Ｃ）を参照して第１図の半導体装
置の製造方法について説明する。シリコン基板（１）上
に絶縁層（２）を形成した後、該絶縁層（２）にコンタ
クトホール（３）を形成する０次に、第２図（ａ）に示
すようにコンタクトホール（３）内に金属タングステン
１５１（１６）を例えば六フッ化タングステンとシラン
との反応等により選択的に成長させる。

次にアンモニアや窒素等の窒素を含むガス雰囲気中で熱
処理を行なうと、金属タングステン（１６）はシリコン
基板（１）の表面でシリコンと反応してタングステンシ
リサイド層（１３）が形成され、他の部分は窒素と反応
してタングステン窒化物（１４）になる（第２図（ｂ）
）、ここで雰囲気ガスとしてアンモニアを使用すると３
００°Ｃ程度の低温でもタングステン窒化物層（１４）
が形成されるが、タングステンシリサイド層（１３）は
低温のために形成されにくい、雰囲気ガスとして窒化ガ
スを用いると、タングステン窒化物層（１４）の形成は
１０００℃程度の温度が必要となる。しかし温度が十分
に高いためタングステンシリサイド層（１３）は形成さ
れ易い、このため、明瞭な２層構造を得るためには、あ
る程度高温（例えば７００℃以上）でアンモニアガス雰
囲気で熱処理を行なうことが好ましい。

次にタングステン等の高融点金属配線層（１５）をＣＶ
Ｄ法やスパッタ法等により形成すると第２図（ｃ）に示
す構造の半導体装置が得られる。

なお、上述の実施例では金属層（１６）として金属タン
グステン層を用いたが、これ以外に選択的にコンタクト
ホール内に形成され、窒素雰囲気中の熱処理でシリコン
基板（１）との界面に金属シリサイド層が他の部分に金
属窒化物が形成される金属であれば、いずれの金属を用
いても差支えない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、金属層をコンタクトホ
ール内に選択的に形成し、窒素雰囲気中で熱処理を行な
うことにより、コンタクトホール内のシリコン基板表面
に金属シリサイド層が形成され、金属シリサイド層の上
部に金属窒化物層が形成されるため、段差の小さい耐熱
性コンタクト構造が得られ、断線等の不良が発生する可
能性は格段に少なくなる。また、上記金属シリサイド層
の存在により電気的接触が良好になり、コンタクト抵抗
の小さい半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による半導体装置の一実施例を示す
断面図、第２図（ａ）乃至第２図（Ｃ）は、この発明の
半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図、第３図
は従来の半導体装置の例を示す断面図、第４図（ａ）乃
至第４図（ｅ）は第３図に示す従来の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。 （１）・・・・半導体基板、（２）・・・・絶縁層、（
３）・・・コンタクトホール、（１３）・・・・シリサ
イド層。 （１４）・・・・金属窒化物質。 代　　理　　人 大　　岩　　増　　雄 ＼！ 第１ 図 鳩３ 図 鴇２ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に形成された絶縁層と、該絶縁層に
   上記半導体基板が露出するように形成されたコンタクト
   ホールと、該コンタクトホール底部の上記半導体基板の
   表面部に形成された金属シリサイド層と、該金属シリサ
   イド層上の上記コンタクトホール内に形成された金属窒
   化物とを備えた半導体装置。
2. （２）半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、該絶縁
   層に上記半導体基板の表面が露出するようにコンタクト
   ホールを形成する工程と、該コンタクトホール内に金属
   層を選択的に形成する工程と、窒素雰囲気中で熱処理し
   て上記金属層の上部を窒化して金属窒化物を形成し、且
   つ上記金属層と上記半導体基板界面とを反応させて上記
   金属窒化物の下部に金属シリサイド層を形成する工程と
   を含む半導体装置の製造方法。