JPH02310919A - 半導体装置における配線形成方法 - Google Patents

半導体装置における配線形成方法

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JPH02310919A
JPH02310919A JP13244089A JP13244089A JPH02310919A JP H02310919 A JPH02310919 A JP H02310919A JP 13244089 A JP13244089 A JP 13244089A JP 13244089 A JP13244089 A JP 13244089A JP H02310919 A JPH02310919 A JP H02310919A
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layer
wiring
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thin film
diffusion layer
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JP13244089A
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Masahiro Hirakata
平方 雅裕
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Yamaha Corp
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Yamaha Corp
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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】 「産業上の利用分野」 この発明は半導体集積回路等に用いて好適な配線形成方
法に関する。
「従来の技術」 高密度実装の要求により半導体集積回路における素子寸
法の縮小化が進められてきている。この素子寸法の縮小
は、単に半導体基板の表面に沿った方向の寸法のみでな
く、表面に対し垂直な方向の寸法(例えば、基板表面か
らの拡散接合の深さ)についても行われる。
さて、半導体集積回路では、半導体基板全体を覆う絶縁
層の内、各素子の電極部(拡散層、多結晶シリコン等)
の上にある絶縁材を選択除去してm極部を露出し、その
後、へρ等の金属膜をその上に被着し、金属膜の不要な
部分を選択除去することにより各素子間の配線が形成さ
れる。ここで、電極部を露出するために絶縁層に空ける
穴はコンタクトポールと呼ばれている。ここで、上述し
た平面に沿った方向の寸法縮小化が行われると、当然の
ことながら、コンタクトホールの面積が小さくなるので
、コンタクトホールにおける金属膜と拡散層との接続抵
抗、いわゆるコンタクト抵抗が高くなってしまう。また
、平面に垂直な方向の寸法(この場合は拡散層の深さ)
の縮小が行われると、金属が電極部たる拡散層を侵食し
て突き抜け(この現象はアロイスパイクと呼ばれる)、
拡散層と基板との間のリーク電流を増大せしめる恐れが
ある。
このように素子寸法の縮小化を進める場合、コンタクト
抵抗の高抵抗化、アロイスパイクといった問題が生じる
ので、これらを防止するために、配線層として金属シリ
サイド層がよく用いられる。
この金属シリサイド層は、以下説明するようにして形成
される。まず、半導体基板に形成された素子の電極部の
上の絶縁材を除去し、電極部を露出する。次に、半導体
基板全面に金属を被着し、熱処理を施す。この結果、電
極部のシリコンと金属とが合金反応し、電極部に金属シ
リサイド層が形成される。ここで、電極部以外の箇所は
絶縁層によって覆われているので、金属とシリコンとの
合金反応は行われず、金属膜がそのまま残る。そして、
この状態において、合金反応してない金属膜を除去する
ことにより、金属シリサイド層のみを残す。次に半導体
基板に金属層を積層し、この金属層を選択除去すること
により配線を形成する。
このようにして電極部との接触部のみか金属ソリサイド
層となった配線が形成される。そして、このような配線
構造によれば、金属シリサイド膜を介して拡散層と金属
配線とが接続されるので、コンタクト抵抗を低く抑える
ことができる。
「発明が解決しようとする課mJ ところで、上述したように金属シリサイド層を配線層と
して用いる場合、 ■金属シリサイド層の形成工程 ■合金反応してない金属を除去する工程■金属シリサイ
ド層の上に金属を積層する工程■上記各工程の実施に伴
い半導体基板表面を洗浄する洗浄工程 を必要とするので、製造工程全体の工程数が多くなり、
製造コストが大きくなってしまうという問題があった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、コン
タク、ト抵抗を低くすることができ、かつ、少ない工程
数で実現することができる半導体装置における配線形成
方法を提供することを目的としている。
1課題を解決するための手段」 この発明は、半導体基板表面の所定の各領域に不純物拡
散層を選択的に形成すると共に、該半導体基板上に絶縁
層を積層形成し、前記絶縁層の上に配線層を形成するこ
とにより前記各領域の不純物拡散層を相互接続してなる
半導体装置における配線形成方法において、 前記絶縁層の内、前記各領域の不純物拡散層の電極とな
る部分の上に積層された絶縁材を除去することにより、
該電極部を露出し、 前記絶縁層の上にT i層を全面被着し、前記半導体基
板の周囲を真空に保った状態で、前記全面被着されたT
 i層の上にTi−W層を全面被着し、さらに、 前記全面被着されたTi−W層の上にAl−Si層を全
面被着することにより、Ti、Ti−WおよびA12−
5iからなる多層膜を形成し、前記多層膜における配線
層として不要な領域を選択除去する ことを特徴としている。
1作用」 上記方法によれば、電極部とAC−Si層とは、’I’
 i層およびTi−W層を介して接続される。従って、
AQ−Si層形成後に熱処理が行われても、安定した接
合性が得られる。また、電極部とAa−Si層とに挾ま
れたT i層およびTi−W層かバリアとして作用する
ので、Al−5i層とTi−W層との界面におけるシリ
コンの析出が防止される。
従って、電極部とAQ−Si層との間の抵抗を低く抑え
ることができる。
「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。
第1図はこの発明の一実施例による配線形成方法を用い
て製造された半導体集積回路の電極構造を示す断面図で
ある。この図において、1はN型不純物のドーピングさ
れたシリコン基板、2はP型不純物による拡散層、3は
S i Op等による層間絶縁膜、4(よTi?Ip膜
、5はTiW薄膜、6はA(!−Si薄膜、CNは拡散
層2の上に形成されたコンタクトホールを示す。以下、
本実施例による配線形成方法を説明する。なお、以下で
はP全拡散層2の上にコンタクトホールCNを形成する
場合を例に説明するが、本配線形成方法がコンタクトホ
ールCNをN型拡散層上に形成する場合にも適用可能で
あることは言うまでもない。
まず、シリコン基板1にシリコン酸化膜を成長させフィ
ールド絶縁膜を形成する。この成長工程において、シリ
コン基板lにおける素子形成領域(トランジスタ等を形
成する領域)は、例えば窒化膜等で覆っておく。この結
果、素子領域以外の領域のシリコン酸化膜のみが選択的
に成長し、厚いフィールド絶縁膜が形成される。そして
、窒化膜を除去する。
次いでシリコン基板!上のシリコン酸化膜に対し、一様
に全面エツチングを行い、シリコン基板!における素子
領域を露出する。そして、熱処理を行うことにより、素
子領域に薄いシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜を形
成する。この状態で、ボロン等のP型不純物をイオン注
入し、熱処理を行う。この結果、素子領域にP型の拡散
層2が形成される。
次に、全面に、例えばCVD(化学的気相成長)シリコ
ン酸化膜等の眉間絶縁膜3を厚く形成する。
そして、この層間絶縁膜3を選択エツチングすることに
より、拡散層2の上にコンタクトホールCNをIJn口
する。そして、周囲を真空に保った状態で、Ti(チタ
ン)、Ti−W(チタン−タングステン)、Al−5i
(シリコン含有アルミニウム)を順次連続してスパッタ
リングし、全面に、Ti薄膜4、Ti−W薄膜5、A1
2−Si薄膜6を積層する。
このように真空に保った状態でスパッタリングを行うこ
とにより、上記各薄膜に不純物(Of、HIOおよびそ
の化合物)が混入する場合に発生する膜質の変化が防止
される。また、このように連続スパッタリングを行うこ
とにより、上記各薄膜によって構成される配線層のコロ
−ジョン(腐敗)が防止される。
ココテ、配線層とし1’ T i/ T iW/ AQ
2− S iノ積層構造を用いるに至った理由について
説明する。
S +s A Qz A Q  S +s T tおよ
びTiW(7)各種薄膜を各種紐み合わせて各種薄膜の
積層構造を形成した場合、各種積層構造の諸性質として
以下列挙する事柄が知られている。
■ステップ・カバレージがA3−5iよりらTiWの方
が良い(1986,12日経マイクロデバイス)。
■TiWは多孔質である。従って、Si/TiW/AQ
の3層構造の場合、TiW層の膜厚が薄いと、T’iW
層の両側のAQ原子とSi原子とが反応することがある
(1986.12日経マイクロデバイス)。
■500℃、60分の熱処理を行った場合、A12−S
iとTiWとの反応(WALtの生゛成)が見られる。
しかし、470℃、60分の場合は反応が見られない。
’riw、!:siとの反応は500℃では見られない
(1987,Materials Re5earch 
5ocietyシヤープ)。
■’I’iWは550℃、30分まで耐熱性が安定して
いるが、Tiは450℃、30分(Ti膜厚が1000
人の場合)まで耐熱性が安定している(1983 A 
merican V acuulllS ociety
)。
■AQは400℃でTiと反応し、AILTiを形成す
る。′riは500℃でSiと反応して’l”isiを
形成する。また、Tiは600℃でSiと反応し、Ti
s itを形成する(1983 American r
 n5titute orP hysics)。
■A I2/ T iS L/ S iの3層構造は、
550℃、30分まで安定している。温度を550℃に
すると、AQとT iS Lの界面において反応が始ま
る。この場合、T iS LとSiとの界面は安定して
いる(1983 American I n5titu
te orPhysics)。
■Ti/Siの2層構造の場合、Ti/Si界面に薄い
酸化膜があると、この薄い酸化膜がTiによって還元さ
れた後、シリサイド化が始まる。この時、酸化膜から還
元された酸素がシリサイド表面に掃き出されて行くので
、シリサイドT iS 1xCxはTi原子1gに対応
するSi原子の数)の膜質に影響を及ぼす。従って、こ
の構造の場合、逆スパツタリングを行うことにより、界
面酸化膜を除去する必要がある(SDM  88−38
)。
■TiWとシリサイドとの間に酸化膜があると、酸素が
移動し、抵抗が上がる。従って、シリサイド上の酸化膜
を除去する必要がある。この酸化膜の除去を逆スパツタ
リングにより行うと、Wetエツチング処理により行う
場合よりも接合リーク(シリサイドが接触する拡散層と
その背景の81基板との間の接合リーク)を少なく抑え
ることができる(1983.American Vac
uuum 5ociety)。
本実施例では、上記■〜■の事実を考慮すると共に、配
線層としてA(! −S i層 T iWの積層構造を
用いると該配線層をP型拡散層と接触させた場合にコン
タクト抵抗が高くなり過ぎることを考慮し、TiW層と
Si基板との間にT i層を形成し、低コンタクト抵抗
化を図った。また、上記■〜■から明らかなように1.
lとTiとの反応が起こる温度(400℃)が最ら低い
ので、TiW層を充分に厚くしてバリアメタルとして用
い、A(とTiとの反応が起きないようにした。
表−1は、各薄膜の厚さとして、好ましい例を示したも
のである。
表−■ 金属薄膜の厚さ Ti薄膜4、Ti−W薄膜5およびA12−Si薄膜6
の積層形成が完了すると、配線として不要な部分を選択
エツチングする。このようにして、配線を形成工程が終
了する。
本実施例によるTi薄膜4、Ti−W薄膜5およびAρ
−Si薄膜6からなる配線層は、形成後に熱処理が行わ
れても、各層間において安定した接合性が得られる。さ
らに、本配線構造は、Ti薄膜4および充分に厚いTi
−W薄膜5が、拡散層2とAρ−Si薄膜6との間に挾
まれた構造となっているので、拡散層2とAQ−Si薄
膜6とか直接接触することがない。従って、直接接触す
る場合に発生する拡散層2のシリコン原子がAQ−Si
に溶融して拡散層2とAff−Si薄膜6との界面に析
出する現象を防止することができる。
第2図は上記表−1に記載した例1および例2の条件で
配線層を形成した場合のコンタクト抵抗値を示すグラフ
である。この図において、横軸はコンタクトホールの大
きさ、縦軸はコンタクト抵抗値を示す。また、実線は例
1の条件の場合のコンタクト抵抗、破線は例2の条件の
場合のコンタクト抵抗である。本実施例による配線形成
決方法を用いた場合、P型拡散層およびN型拡散層のと
ちらの拡散層の上にコンタクトポールを形成する場合で
も、従来のシリサイド金属層による配線層の場合と同等
、コンタクト抵抗を低く抑えることができるということ
が分かる。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、半導体基板表
面の所定の各領域に不純物拡散層を選択的に形成すると
共に、該半導体基板上に絶縁層を積層形成し、前記絶縁
層の上に配線層を形成することにより前記各領域の不純
物拡散層を相互接続してなる半導体装置における配線形
成方法において、前記絶縁層の内、前記各領域の不純物
拡散層の電極となる部分の上に積層された絶縁材を除去
することにより、該電極部を露出し、前記絶縁層の上に
Ti層を全面被着し、前記半導体基板の周囲を真空に保
った状態で、前記全面被着されたT i層の上にTi−
W層を全面被着し、さらに、面記全面被着されたTi−
W層の上にA(!−5i層を全面被着することにより、
Ti、Ti−WおよびAl1−Siからなる多層膜を形
成し、前記多層膜における配線層として不要な領域を選
択除去するようにしたので、配線層と拡散層とのコンタ
クト抵抗を低くすることができる。また、この発明によ
れば、このようにコンタクト抵抗の低い半導体装置を少
ない工程数により製造するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による配線形成方法を説明
する図、第2図は同実施例におけるコンタクト抵抗を示
す図である。 ■・・・・・・Si基板、2・・・・・・拡散層、3・
・・・・・層間絶縁膜、4・・・・・・Ti薄膜、5・
・・・・・TiW薄膜、6・・・・・・A(1−S i
薄膜、CN・・・・・・コンタクトポール。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体基板表面の所定の各領域に不純物拡散層を選択的
    に形成すると共に、該半導体基板上に絶縁層を積層形成
    し、前記絶縁層の上に配線層を形成することにより前記
    各領域の不純物拡散層を相互接続してなる半導体装置に
    おける配線形成方法において、 前記絶縁層の内、前記各領域の不純物拡散層の電極とな
    る部分の上に積層された絶縁材を除去することにより、
    該電極部を露出し、 前記絶縁層の上にTi層を全面被着し、 前記半導体基板の周囲を真空に保った状態で、前記全面
    被着されたTi層の上にTi−W層を全面被着し、さら
    に、 前記全面被着されたTi−W層の上にAl−Si層を全
    面被着することにより、Ti、Ti−WおよびAl−S
    iからなる多層膜を形成し、 前記多層膜における配線層として不要な領域を選択除去
    する ことを特徴とする半導体装置における配線形成方法。
JP13244089A 1989-05-25 1989-05-25 半導体装置における配線形成方法 Pending JPH02310919A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5843842A (en) * 1991-07-08 1998-12-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device having a wiring layer without producing silicon precipitates

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5843842A (en) * 1991-07-08 1998-12-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device having a wiring layer without producing silicon precipitates

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