JPH0242748A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置に係り、特にシリコン基板上に電気
絶縁層を介して配線を形成し、シリコン基板上に形成さ
れる拡散層と配線とを電気的に接続するため前記電気絶
縁層に設けたコンタクト孔の構造に関する。

（従来の技術） 半導体装置においては機能素子を形成したのち、これら
の素子間に配線を施して各々の素子を電気的に連結させ
所望の回路機能を得ている。この際、配線を単一層のみ
で行なうと、素子の集積度を上げるとともに配線が複雑
化して微細化の限界に接近するため製造が困難であった
。そこで、ＩＣの高度集積化に伴い配線の占有面積を少
なくするため、配線を複数層とする多層配線がなされて
いた。

多層配線は、基板内に形成された各素子領域と第１層目
の配線との間及び配線同志の間に電気絶縁層を介在させ
、所定の領域に穿孔されるコンタクト孔を介して異なる
層の配線間を電気的に接続して形成される。

基板内に形成された各素子領域と第１層目の配線とを接
続する構造は、例えば第３図に示すように、拡散層３１
ａを有するシリコン基板３１上に絶縁層３２を着膜し、
フォトリソ法により前記絶縁層３２の所定箇所にコンタ
クト孔３３を穿孔する。更にアルミニウム薄膜を堆積し
、これをフォトリソ法によりパターニングし配線３４を
形成する。

このように形成した半導体装置においては、コンタクト
孔部での抵抗を下げる目的で加熱処理が施されるが、配
線に純粋なアルミニウム（Ａ１）を用いると、シリコン
基板中のシリコンがアルミニウム配線中に拡散して侵入
し、半導体の特性の劣化を生じさせるという欠点があっ
た。

そこで、配線としてシリコンを１〜３％含有したアルミ
ニウム薄膜（ＡＩ−３ｉ）を用い、不純物を添付するこ
とにより前記のような不都合を生じさせないようにして
いた。

（発明が解決しようとする課Ｍ） しかしながら、半導体装置の微細化に伴ってコンタクト
孔面積も縮小しているので、配線層の着膜時やその後の
半導体装置の製造工程における熱処理による温度上昇の
際、配線３４中のシリコンが拡散層３１ａとの境界面の
コンタクト孔部に析出３５し、コンタクト孔３３の底部
を塞いでしまいコンタクト抵抗が増加するという問題点
があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、微細コンタ
クト孔を有する半導体装置において、コンタクト抵抗の
増加を防止することができる半導体装置を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解消するため請求項１に係る半導体装置は、
シリコン基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層に形成さ
れたコンタクト孔を介してアルミニウム−シリコン合金
から成る配線を前記シリコン基板に接続した半導体装置
において、前記配線はシリコン基板側へ向けてシリコン
含有量が徐々に少なくなることを特徴としている。

請求項２に係る半導体装置は、更に前記配線が複数の層
から成ることを特徴としている。

また請求項３に係る半導体装置は、絶縁層上部に、コン
タクト孔を囲むように障壁層を形成することを特徴とし
ている。

（作用） 請求項１及び請求項２の発明によれば、コンタクト孔を
介してシリコン基板上に形成される配線は、シリコン基
板側へ向けてシリコン含有量が徐々に少なくし、コンタ
クト孔の底部でのシリコン含有量を少なくしたので、熱
処理を行なった際に配線中のシリコンの拡散量を少なく
してシリコン基板と配線との接続部に生じるシリコン析
出量を減少させる。

請求項３の発明によれば、コンタクト孔を囲むように障
壁層を形成したので、コンタクト孔に流入するシリコン
を障壁層で捕獲してコンタクト底部へのシリコンの析出
を防止できる。

（実施例） 本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する
。

第１図（ｄ）は、本発明の実施例にかかる多層配線構造
を有する半導体装置のコンタクト孔部分を示す。

拡散膜１ａを有するシリコン基板１上に絶縁層２を形成
する。絶縁層２上にシリコン（Ｓｔ）を含有したアルミ
ニウム−シリコン合金で配線３を形成する。この配線３
は、シリコン基板側へ向けてシリコン含有量が徐々に少
なくなるように複数の配線膜３ａ、３ｂから形成されて
いる。アルミニウム中のシリコンの含有量は、配線膜３
ｂより配線膜３ａのほうが少ない。

絶縁層２の所定の箇所にはコンタクト孔４が穿孔され、
シリコン基板１内に形成された各素子領域と配線３が接
続されている。

次に、本実施例の半導体装置の製造工程について第１図
（ａ）乃至第１図（ｄ）を参照して説明する。

拡散層１ａを有するシリコン基板１上に厚膜０゜８μｍ
のＳ　ｉ　Ｏ，膜を着膜して絶縁層２を形成する（第１
図（ａ））。

絶縁層２上にレジストパターン１１を形成しく第１図（
ｂ））、ＲＩＥ法による異方性エツチングを行ない絶縁
層２の所定箇所にコンタクト孔４を穿孔してレジストパ
ターン１１を除去する（第１図（Ｃ））。

純粋のアルミニウムをスパッタリング法により２００Ｏ
Ａの厚さの配線Ｍ３ａとなるよう着膜する。この配線膜
３ａ上に、アルミニウムに対して１％のシリコンを含有
したＡｌ−３ｔをスパッタリング法により８０００Ａの
厚さの配線膜３ｂとなるよう着膜する。

そして、配線膜３ａ及び３ｂから成る配線層をフォトリ
ソ法によりバターニングし、所望のパターン形状を有す
る配線３を形成する（第１図（ｄ））。

以上のような構造であると、配線ＭＥｂ中に含まれるシ
リコンによってシリコン基板１中からの配線３中へのシ
リコンの拡散を防止すると共に、コンタクト孔４底部付
近は純アルミニウムとしたので、底部におけるシリコン
の析出量が少なくなり、コンタクト部の抵抗の増大を防
止する。

上述の実施例では配線３を２層構造とし、最下層を純ア
ルミニウムとしたが、最下層に若干のシリコンを含有さ
せてもよく、また３層や４層以上の構造としてもよい。

配線膜として着膜する膜の数、配線膜の膜厚及び配線膜
中のＳｔ含有量を変化させることによってコンタクト部
に析出するＳｉ量を調節することができる。

また、多層構造とせずにシリコン含有量が連続的に変化
するものであってもよく、シリコン基板側へ向けてシリ
コン含有量が徐々に少なくできるならいずれの構造であ
ってもよい。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第２図（ｆ）は、本発明の他の実施例にかかる多層配線
構造を有する半導体装置のコンタクト孔部分を示す。

拡散層１ａを有するシリコン基板１上に絶縁層２を形成
する。絶縁層２上には、シリコン（Ｓｔ）を含有したア
ルミニウム−シリコン合金で配ｆｌｔ１３が形成されて
いる。絶縁層２の所定の箇所にはコンタクト孔４が穿孔
され、シリコン基板１内に形成された各素子領域と配線
３が接続されている。

そして、絶縁層上部に、コンタクト孔を囲むように単結
晶や多結晶若しくは高融点金属から成る障壁層５を形成
する。

次に、本実施例の半導体装置の製造工程について第２図
（ａ＞乃至第２図（ｆ）を参照して説明する。

拡散層１ａを有するシリコン基板１上に厚膜０゜８μｍ
のＳ　ｉ　Ｏｘ　ｔＩｉを着膜して絶縁層２を形成する
（第２図（ａ））。

絶縁層２上にレジストパターン２１を形成しく第２１ｉ
　（ｂ）＞、ＲＩＥ法による異方性エツチングを行ない
絶縁層２の所定箇所にコンタクト孔４を穿孔し、レジス
トパターン２１を除去する（第２図（ｃ））。

コンタクト孔４を穿孔した絶縁層２の全面に、多結晶シ
リコンから成るＰｏ１ｙ−３ｉ層２２を着膜し、前記コ
ンタクト孔４を穿孔するのに使用したのと同形状のレジ
ストパターン２１をｐｏｎｙ　−Ｓｔ層２２上に形成し
、反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）を行ない、再度コ
ンタクト孔４を穿孔する（第２図（ｄ））。

次に、フォトリソ法によりバターニングし、絶縁層２上
部にコンタクト孔４を囲むようにＰ　ｏｌｙ−３Ｌを残
して障壁層５を形成する（第２図（ｅ））、障壁層５の
高さは約５０００Ａとした。このＲＩＥ法によるエツチ
ングは、塩素系ガスを使用して行なう。

次に、障壁層５を覆うようにしてコンタクト孔４上にシ
リコンを含有したアルミニウム台金（Ａ１−３Ｌ）をス
パッタリング法により１．０μｍの膜厚となるよう着膜
して配線層を形成する。その後、配線層を７オトリソ法
によりバターニングし、所望のパターンを有する配線３
を形成する（第２図（ｆ））。

本実施例の半導体装置によれば、配線３中のシリコンが
コンタクト孔４に流入して析出しようとしても、障壁層
５に衝突してシリコンが捕獲されるので、コンタクト孔
４底部にシリコンが析出しない、従って、コンタクト孔
４底部がシリコンの析出により塞がれることがなくコン
タクト抵抗の増加を防止することができる。

本実施例では、障壁層５として多結晶ＳＬから成るＰｏ
１ｙ−３ｉを使用したが、障壁層５の材料として純Ａ１
等の単結晶を使用してもよい、純Ａｌ等の単結晶は、シ
リコンを溶かす性質を有するので、配線中のシリコンが
コンタクト孔に流入して析出する際、Ｐｏ１ｙ−３ｔと
同様の効果が得られる。更に、障壁層をタングステン等
の高融点金属で形成してもよい。

また、以上の実施例においては、配線中のシリコン含有
量を徐々に少なくするものと、コンタクト孔を囲むよう
に障壁層を設けたものとを、それぞれ別々に説明したが
、両者を組み合わせることにより析出するシリコンの量
を更に減少させることができる。

（発明の効果） 上述したように請求項１及び請求項２の発明は、アルミ
ニウム−シリコン合金から成る配線をシリコン基板に接
続した半導体装置で、前記配線はシリコン基板側へ向け
てシリコン含有量を徐々に少なくなるように構成し、コ
ンタクト孔部でのシリコン含有量を少なくしたので、半
導体装置の熱処理を行なう際においても、配線中のシリ
コンの拡散量を少なくし、シリコン基板と配線の接続部
におけるシリコンの析出量を減少させてコンタクト抵抗
の増加を防止することができる。

また請求項３の発明は、コンタクト孔を囲むように障壁
層を形成したので、配線中のシリコンがコンタクト底部
に流入して析出することを防ぎ、コンタクト抵抗の増加
を防止することができると共にコンタクト不良を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明実施例の半導体装置の
製造工程図、第２図（ａ）乃至（ｆ）は本発明の他の実
施例の半導体装置の製造工程図、第３図は従来の半導体
装置の断面説明図である。 １・・・・・・シリコン基板 ２・・・・・・絶縁層 ３・・・・・・配線 ３ａ・・・配線膜 ３ｂ・・・配線膜 ４・・・・・・コンタクト孔 ５・・・・・・障壁層 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層に
   形成されたコンタクト孔を介してアルミニウム−シリコ
   ン合金から成る配線を前記シリコン基板に接続した半導
   体装置において、 前記配線はシリコン基板側へ向けてシリコン含有量が徐
   々に少なくなることを特徴とする半導体装置。
2. （２）配線は複数の層から成ることを特徴とする請求項
   １記載の半導体装置。
3. （３）シリコン基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層に
   形成されたコンタクト孔を介してアルミニウム−シリコ
   ン合金から成る配線を前記シリコン基板に接続した半導
   体装置において、 前記絶縁層上部に、コンタクト孔を囲むように障壁層を
   形成することを特徴とする半導体装置。