JPH0291971A

JPH0291971A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0291971A
Application number: JP24556888A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hosoda; 勉細田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1990-03-30

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〕電極配線のコンタクト部に介在させるバリヤメタル膜に
関し、バリヤメタル膜の阻止性（バリヤ性）を高め、かつ、安
定したコンタクト特性をもつ電極配線を設けることを目
的とし、シリコン基板上に高融点金属または希土類金属の硼化物
からなるバリヤメタル膜を介し、アルミニウム膜または
アルミニウム合金膜からなる電極配線を設けた半導体装
置において、前記バリヤメタル膜が窒素、または炭素、または窒素と
炭素の両方のいずれかを含有した組成を有することを特
徴とする。

（産業上の利用分野〕本発明は半導体装置のうち、特に電極配線のコンタクト
部に介在させるバリヤメタル膜に関する。

〔従来の技術〕

ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体装置においては素子面に電極
配線が形成されて、その電極配線材料としてアルミニウ
ム（ＡＩ）膜が汎用されている。しかし、アルミニウム
膜は製造工程中の熱処理あるいは使用動作中の昇温のた
めにシリコン基板と反応してシリコンを吸い上げ、その
ため、半導体装置の電気的特性を変動させる問題がある
。例えば、バイポーラトランジスタにおけるエミッタ電
極では、エミッタ領域が小さいためにアルミニウムとシ
リコンが反応するとＶＥＢＯ（エミッタベース耐圧）が
次第に変化し、やがてはエミッタベース短絡を起こす。

従って、シリコン基板とアルミニウムとの反応を阻止す
るためにバリヤメタル（ｂａｒｒｉｅｒ　ｍｅｔａｌ）
膜を介在させてアルミニウム配線を設けており、そのよ
うなバリヤメタル膜としてはチタニウム（Ｔｉ）　、ジ
ルコニウム（Ｚｒ）　、　ハフニウム（Ｈｆ）　。

バナジウム（Ｖ）、ニオビウム（Ｎｂ）　、タンタル（
Ｔａ）　、クロム（Ｃｒ）　、モリブデン（？ｔｏ）　
、タングステン（Ｗ）などの高融点金属の硼化物、ある
いは、ランタン（Ｌａ）などの希土類金属の硼化物が知
られている。これらの金属硼化物は電気抵抗が低く、シ
リコンとのコンタクト性が良くて、コンタクト抵抗が小
さい利点のあるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のような金属硼化物は一応の阻止効果があ
るものの、硼素原子と金属原子との結合力が弱く、遊離
した硼素原子は大気中の水分や溶液中の水と反応して硼
酸をつくり、あるいは、遊離した硼素原子がシリコン基
板やアルミニウム膜（またはアルミニウム合金膜）中に
拡散し、その結果、バリヤメタル膜の組成が変化して、
そのような組成変化部分はＡＩ原子やＳｉ原子の拡散が
起こり易くなって、やがてはバリヤメタル膜のない場合
と同様に、アロイスパイクを生じる。アロイスパイクと
はＡｌＳｉ共晶が生じて、これが浸入して短絡を起こす
ことである。第３図中の記号はｌはシリコン基板、２は
フィールド絶縁膜、３はソース・ドレイン、４はゲート
電極、５は絶縁膜、６はアルミニウム膜、７はバリヤメ
タル膜で、９がアロイスパイクであるが、同図にはアロ
イスパイク９がソース、ドレインを横断してシリコン基
板１と接続している様子を示している。

このようなアロイスパイク９はバリヤメタル膜７を存在
しない場合に起こるものであるが、第３図のようにバリ
ヤメタル膜７を介しても、なお長時間高温度で使用する
とアロイスパイクが発生するわけである。

本発明はこのような問題点を軽減させて、アルミニウム
とシリコンとの反応阻止性（バリヤ性）が良く、かつ、
安定したコンタクト特性をもった電極配線を存する半導
体装置を提案するものである。

〔課題を解決するための手段〕

その課題は、第１図に示す原理図のように、シリコン基
板ｌとアルミニウム膜６　（またはアルミニウム合金膜
）との間に介在させるバリヤメタル膜１０が窒素、また
は炭素、または窒素と炭素の両方のいずれかを含有した
組成を有する半導体装置によって解決される。なお、そ
の他の５はｗＡ縁膜である。

〔作　用〕

即ち、本発明は、金属硼化物からなるバリヤメタル膜中
に窒素、または炭素、または窒素と炭素の両方のいずれ
かを含有させておく。そうすると、金属原子との結合が
弱くて遊離し易い硼素原子がそれらの窒素、または炭素
と結合して強固な結合をつくって安定化する。従って、
従来のように、硼素原子が水分と反応して硼酸を生成し
たり、シリコン基板やアルミニウム膜中に拡散したりし
て消滅することがなくなる。そのため、金属硼化物の組
成が変化し難く保持されて、安定したバリヤ性とコンタ
クト性が保たれる。

（実施例〕以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第２図は本発明にかかる実施例の断面図を示しており、
図中の記号は第３図と同一部位に同一記号が付けである
が、その他の１１は窒素、または炭素、または窒素と炭
素の両方のいずれかを含む硼化チタン（ＴｔＢ２）膜で
ある。膜厚５０００人のアルミニウム膜６に対して、例
えば、ＴｉＢ２膜１１の膜厚を５００〜１０００人にし
、窒素（Ｎ２）の含有量は０．１〜１０％程度にする。

また、窒素の代わりに、炭素（Ｃ）を含有させる場合で
も、また、窒素と炭素との両方を含有させる場合でも、
その合計の含有量を０．１〜１０％程度にする。この含
有量上限の１０％はコンタクト抵抗の上昇を少なくする
ためで、全体の含有量が０．１〜ｌＯ％と幅が広いのは
、バリヤメタル膜の形成法により遊離した窒素、炭素な
どの原子の混合率が変化するためである。

次に、バリヤメタル膜の形成方法を窒素を混入するバリ
ヤメタル膜を例にとって説明すると、第１の形成方法と
してはアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）との混合ガス雰
囲気で金属硼化物をスパッタするスパッタ法を用いる。

第２の形成方法としては金属塩化物（ＴｉＣ１ｎなど）
、金属弗化物（ＷＦ６）などの化合物ガスと塩化硼素、
硼化水素などのガスと窒素（Ｎ２）と水素（Ｈ２）のガ
スを加熱炉内に導入して気相成長させるＣＶＤ　（化学
気相成長）法がある。また、第３の形成方法としては未
混合の金属硼化物をスパッタ法またはＣＶＤ法で被着し
た後、窒素（Ｎ２）中で熱処理する熱処理法が考えられ
る。且つ、炭素を混入するバリヤメタル膜の場合には、
第１の形成方法はアルゴン（Ａｒ）とメタン（ＣＨ４）
との混合ガス雰囲気で金属硼化物をスパッタすれは良く
、第２の形成方法、第３の形成方法でも窒素（Ｎ２）の
代わりにメタン（ＣＨ４）を使用すれば形成が可能であ
る。

本発明の詳細な説明すると、シリコン基板面に膜厚６０
０人のＴｉＢ２膜を介在して膜厚１μｍのアルミニウム
電極配線を設けた試料を温度ランニングした実施例では
、窒素を含ませないＴｉＢ２膜の場合には４８０℃以下
でシリコンとアルミニウムとの反応が起こったが、窒素
を含ませたＴｉＢ２膜の場合は５５０℃、　３０分熱処
理してもシリコンとアルミニウムとの反応が認められな
かった。このように、バリヤ性の著しい改善が確認され
た。

なお、ＴｉＢ２膜の他、上記した高融点金属や希土類金
属などの硼化物からなるバリヤメタル膜にも同様の効果
がある。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によればアルミ
ニウム電極配線に安定したバリヤ性とコンタクト性をも
ったバリヤメタル膜を介在させるために、極めて信頼性
の高い半導体装置が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は原理図、第２図は本発明にかかる実施例の断面図、第３図は従来
の問題点を示す図である。図において、１はシリコン基板、　　２はフィールド絶縁膜、３はソ
ース・ドレイン、４はゲート電極、５は絶縁膜、　　　
　　　６はアルミニウム膜、７は従来のバリヤメタル膜
、１０は本発明にがかるバリヤメタル膜、１１はＴｉＢ２
　　（硼化チタン）膜を示している。原理■ 第１図

Claims

【特許請求の範囲】シリコン基板上に高融点金属または希土類金属の硼化物
からなるバリヤメタル膜を介し、アルミニウム膜または
アルミニウム合金膜からなる電極配線を設けた半導体装
置において、前記バリヤメタル膜が窒素、または炭素、または窒素と
炭素の両方のいずれかを含有した組成を有することを特
徴とする半導体装置。