JPH03201482A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH03201482A JPH03201482A JP34023989A JP34023989A JPH03201482A JP H03201482 A JPH03201482 A JP H03201482A JP 34023989 A JP34023989 A JP 34023989A JP 34023989 A JP34023989 A JP 34023989A JP H03201482 A JPH03201482 A JP H03201482A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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。
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、アロイスパイクを防止することができるコ
ンタクト構、造を有する半導体装置及びその製造方法に
関する。
ンタクト構、造を有する半導体装置及びその製造方法に
関する。
AI系配線は、抵抗が低いこと、安価なこと。
及び加工が容易な事等の理由で集積回路の配線として広
く使われている。集積回路の製造プロセスにおいてAl
系配線形成後に450℃程度の熱処理が行われる。この
温度でのA2中のSiの固溶度は0.5%程度であり、
純A1を配線として使用した場合には、熱処理工程で基
板中のSiがA2配線中に溶は出し、またそれを補う形
でA投が基板中に侵食する現象が生じる(アロイスパイ
ク)これによって、基板と配線との間の接合リークが増
加する。
く使われている。集積回路の製造プロセスにおいてAl
系配線形成後に450℃程度の熱処理が行われる。この
温度でのA2中のSiの固溶度は0.5%程度であり、
純A1を配線として使用した場合には、熱処理工程で基
板中のSiがA2配線中に溶は出し、またそれを補う形
でA投が基板中に侵食する現象が生じる(アロイスパイ
ク)これによって、基板と配線との間の接合リークが増
加する。
これを防止する対策として、AI配線中にその固溶度以
上のSiを添加して(通常1〜2%)、基板Siの溶出
を防ぐ方法が使われている。′しかじ、この方法では、
A、Q系譜線中に添加したSiが、熱処理時に配線と基
板とのコンタクト部に選択的に析出し、微細なコンタク
ト(≦1μm)の抵抗が、大幅に上昇するという問題が
生じてきた。
上のSiを添加して(通常1〜2%)、基板Siの溶出
を防ぐ方法が使われている。′しかじ、この方法では、
A、Q系譜線中に添加したSiが、熱処理時に配線と基
板とのコンタクト部に選択的に析出し、微細なコンタク
ト(≦1μm)の抵抗が、大幅に上昇するという問題が
生じてきた。
上記の様な問題を一挙に解決し、安定したコンタクトを
得る方法として、A1系配線の下にバリヤメタルを設け
る構造が採用されている。
得る方法として、A1系配線の下にバリヤメタルを設け
る構造が採用されている。
第3図はバリアメタルとしてTiNを用いたこの種の従
来の半導体装置の構造を示す断面図である。図において
、1はSi基板、2はSi基板1上に形成されたn+あ
るいはp+の拡散層、3はSi基板1上に形成されたコ
ンタクトホールを有する層間絶縁膜、4は層間絶縁膜3
の表面に形成されたバリアメタルの役目をするTiN、
5はTiN4と拡散層2との界面に形成されたTiSi
2.6はTiN4の表面上に形成されたAρ−1%5i
−0,5%Cu配線である。TiSi、、はT i N
4と拡散層2とのコンタクト抵抗を低減さす役目をする
。このようにバリアメタルであるTiN4を設けること
により、 ■ A1−1%5t−0,5%Cu配線6とSi基板1
との間の相互拡散が防止され、接合リークの増加を抑制
することができる。
来の半導体装置の構造を示す断面図である。図において
、1はSi基板、2はSi基板1上に形成されたn+あ
るいはp+の拡散層、3はSi基板1上に形成されたコ
ンタクトホールを有する層間絶縁膜、4は層間絶縁膜3
の表面に形成されたバリアメタルの役目をするTiN、
5はTiN4と拡散層2との界面に形成されたTiSi
2.6はTiN4の表面上に形成されたAρ−1%5i
−0,5%Cu配線である。TiSi、、はT i N
4と拡散層2とのコンタクト抵抗を低減さす役目をする
。このようにバリアメタルであるTiN4を設けること
により、 ■ A1−1%5t−0,5%Cu配線6とSi基板1
との間の相互拡散が防止され、接合リークの増加を抑制
することができる。
■ 配線6からSiが析出してもバリアメタルT i
N4を設けているので、SiはSt基板1内には入らな
い。そのため、大幅なコンタクト抵抗の増加はない。
N4を設けているので、SiはSt基板1内には入らな
い。そのため、大幅なコンタクト抵抗の増加はない。
という利点がある。
しかしながら、素子の集積度が上がるにつれて、バリア
メタルであるTiN4の膜厚も薄くしたいという要求が
ある。と同時に、コンタクトホールも微細化するため、
通常スパッタリーング法で形成されるTiN4の膜厚が
コンタクトホール底部で特に薄くなる傾向がますます顕
著になっている。
メタルであるTiN4の膜厚も薄くしたいという要求が
ある。と同時に、コンタクトホールも微細化するため、
通常スパッタリーング法で形成されるTiN4の膜厚が
コンタクトホール底部で特に薄くなる傾向がますます顕
著になっている。
一般に、AIとSiの相互拡散に対するバリヤ効果が最
も強いと言われるTiNやTiWにおいても、粒界や欠
陥を通してのAI、Siの相互拡散は、ある程度避けら
れない。したがってバリアメタルの膜厚が薄くなって来
ると、バリヤ効果が十分てなくなり、AN、Siの相互
拡散が生じ、アロイスパイクによるリークが増加すると
いう問題点がある。
も強いと言われるTiNやTiWにおいても、粒界や欠
陥を通してのAI、Siの相互拡散は、ある程度避けら
れない。したがってバリアメタルの膜厚が薄くなって来
ると、バリヤ効果が十分てなくなり、AN、Siの相互
拡散が生じ、アロイスパイクによるリークが増加すると
いう問題点がある。
特に最近、主に配線の信頼性(エレクトロマイグレーシ
ョン、ストレスマイグレーション)を高めるために、S
i添加を行わないAp系配線(ANCu、ANTiCu
、ANTi、AI!Pd等)やCu配線が注目されてい
るが、この場合には、バリアメタルの粒界や欠陥を通し
てのSi基板への金属の溶出がより顕著に起こりアロイ
スパイク10が生じるため従来のバリアメタルの構造で
接合リークを防ぐ事は非常に困難であるという問題点が
あった。
ョン、ストレスマイグレーション)を高めるために、S
i添加を行わないAp系配線(ANCu、ANTiCu
、ANTi、AI!Pd等)やCu配線が注目されてい
るが、この場合には、バリアメタルの粒界や欠陥を通し
てのSi基板への金属の溶出がより顕著に起こりアロイ
スパイク10が生じるため従来のバリアメタルの構造で
接合リークを防ぐ事は非常に困難であるという問題点が
あった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、接合リークが生じない半導体装置及びその製
造方法を得ることを目的とする。
たもので、接合リークが生じない半導体装置及びその製
造方法を得ることを目的とする。
この発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導
体基板上に形成されたコンタクトホールを有する絶縁層
と、前記コンタクトホールの内壁。
体基板上に形成されたコンタクトホールを有する絶縁層
と、前記コンタクトホールの内壁。
底部及び前記絶縁層の表面に形成され、前記コンタクト
ホールの底部において前記半導体基板と接触するバリア
メタル層と、前記コンタクトホールの少なくとも底部の
バリアメタル層上に形成され、熱処理を施したときに前
記半導体基板との間に接合リークが生じる程は前記バリ
アメタル層を介する相互拡散がない物質より成る底部層
と、前記バリアメタル層及び前記底部層上に形成された
金属配線層とを備えている。
ホールの底部において前記半導体基板と接触するバリア
メタル層と、前記コンタクトホールの少なくとも底部の
バリアメタル層上に形成され、熱処理を施したときに前
記半導体基板との間に接合リークが生じる程は前記バリ
アメタル層を介する相互拡散がない物質より成る底部層
と、前記バリアメタル層及び前記底部層上に形成された
金属配線層とを備えている。
一方、この発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体
基板を準備する工程と、前記半導体基板上に、コンタク
トホールを有する絶縁層を形成する工程と、前記コンタ
クトホールの内壁、底部及び前記絶縁層の表面に、前記
コンタクトホールの底部において前記半導体基板と接触
するバリアメタル層を形成する工程と、熱処理を施した
ときに前記半導体基板との間に接合リークが生じる程は
前記バリアメタル層を介する相互拡散がない物質より成
る底部層を前記コンタクトホールの少なくとも底部のバ
リアメタル層上に形成する工程と、前記バリアメタル層
及び前記底部層上に金属配線層を形成する工程とを備え
ている。
基板を準備する工程と、前記半導体基板上に、コンタク
トホールを有する絶縁層を形成する工程と、前記コンタ
クトホールの内壁、底部及び前記絶縁層の表面に、前記
コンタクトホールの底部において前記半導体基板と接触
するバリアメタル層を形成する工程と、熱処理を施した
ときに前記半導体基板との間に接合リークが生じる程は
前記バリアメタル層を介する相互拡散がない物質より成
る底部層を前記コンタクトホールの少なくとも底部のバ
リアメタル層上に形成する工程と、前記バリアメタル層
及び前記底部層上に金属配線層を形成する工程とを備え
ている。
この発明における底部層は、コンタクトホールの少なく
とも底部のバリアメタル層上に形成されているので、金
属配線層と半導体基板との距離が遠くなり相互拡散が抑
制される。
とも底部のバリアメタル層上に形成されているので、金
属配線層と半導体基板との距離が遠くなり相互拡散が抑
制される。
第1図はこの発明に係る半導体装置をの一実施例示す断
面図である。図において第3図に示した従来例との相違
点は、コンタクトホールをシリコン酸化膜7で埋め、そ
の上からAuCu配線8を形成したことである。その他
の構造は従来例と同様である。
面図である。図において第3図に示した従来例との相違
点は、コンタクトホールをシリコン酸化膜7で埋め、そ
の上からAuCu配線8を形成したことである。その他
の構造は従来例と同様である。
シリコン酸化膜7を新たに設けることにより、従来のよ
うに配線が、コンタクトホールの底部に形成されたバリ
アメタルであるTiN4に直接接触しなくなる。このシ
リコン酸化膜7は、Si基板1と接触させて熱処理して
も反応せず、アロイスパイクは生じない。従って、素子
の集積度を向上させるためにTiN4を薄くしても、ま
た、コンタクトホールを小さくすることによりンタクト
ホール底部のTiN4が薄くなっても、コンタクトホー
ルの底部に形成されたTiN4を介してアロイスパイク
が生じることはない。
うに配線が、コンタクトホールの底部に形成されたバリ
アメタルであるTiN4に直接接触しなくなる。このシ
リコン酸化膜7は、Si基板1と接触させて熱処理して
も反応せず、アロイスパイクは生じない。従って、素子
の集積度を向上させるためにTiN4を薄くしても、ま
た、コンタクトホールを小さくすることによりンタクト
ホール底部のTiN4が薄くなっても、コンタクトホー
ルの底部に形成されたTiN4を介してアロイスパイク
が生じることはない。
一方、配線8中のAIとSi基板1中のStとの相互拡
散がコンタクトホールの側壁に形成されたTiN4の縦
方向に生じることが考えられる。
散がコンタクトホールの側壁に形成されたTiN4の縦
方向に生じることが考えられる。
しかし、拡散すべき距離が従来と比べて非常に長くなる
ので、AilとSiの相互拡散は生じにくくなる。また
、T i N4は下地層(Si基板1あるいは層間絶縁
膜3)に対して垂直な柱状結晶構造を取り、かつAIや
Siの相互拡散は結晶の粒界を通じて起こることが一般
に知られている。A、QとStの相互拡散は前述のよう
にコンタクトホールの側壁に形成されたバリアメタルT
iN4の縦方向、つまり柱状結晶構造に対して垂直方向
に生じるのでその拡散係数は非常に小さいものとなる。
ので、AilとSiの相互拡散は生じにくくなる。また
、T i N4は下地層(Si基板1あるいは層間絶縁
膜3)に対して垂直な柱状結晶構造を取り、かつAIや
Siの相互拡散は結晶の粒界を通じて起こることが一般
に知られている。A、QとStの相互拡散は前述のよう
にコンタクトホールの側壁に形成されたバリアメタルT
iN4の縦方向、つまり柱状結晶構造に対して垂直方向
に生じるのでその拡散係数は非常に小さいものとなる。
従って、コンタクトホールの側壁に形成されたTiN4
を介して生じるA1とSlの相互拡散は無視できるくら
い小さいものとなる。その結果、上記のような配線の信
頼性を高めるためにSiを添加しないA、QCu配線8
を用いてもアロイスパイクは発生せず、接合リークは生
じない。
を介して生じるA1とSlの相互拡散は無視できるくら
い小さいものとなる。その結果、上記のような配線の信
頼性を高めるためにSiを添加しないA、QCu配線8
を用いてもアロイスパイクは発生せず、接合リークは生
じない。
次に、上記のような構造を有する半導体装置の製造方法
について説明する。第2A図ないし第2D図はこの発明
に係る半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面工程
図である。まず、Si基板1上にイオン注入法等により
不純物を注入し、その後熱処理することにより拡散層2
を形成する。
について説明する。第2A図ないし第2D図はこの発明
に係る半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面工程
図である。まず、Si基板1上にイオン注入法等により
不純物を注入し、その後熱処理することにより拡散層2
を形成する。
そして、Si基板1上に絶縁膜を形成し、エツチング等
によりコンタクトホールを有する層間絶縁膜3を形成し
、第2A図のような構造を得る。
によりコンタクトホールを有する層間絶縁膜3を形成し
、第2A図のような構造を得る。
次に、TiとTiNをスパッタリング法で連続して堆積
させ、窒素雰囲気中で熱処理すると、第2B図に示すよ
うにSi基板1と接した領域にTl5i25が形成され
るとともに、層間絶縁膜3の表面、コンタクトホールの
側壁及び底部を覆うようにバリアメタルであるTiN4
が形成される。
させ、窒素雰囲気中で熱処理すると、第2B図に示すよ
うにSi基板1と接した領域にTl5i25が形成され
るとともに、層間絶縁膜3の表面、コンタクトホールの
側壁及び底部を覆うようにバリアメタルであるTiN4
が形成される。
次に、段差被覆性に優れた常圧TE01法を用いて第2
C図に示すように、シリコン酸化膜7を堆積させ、その
後、エツチングすることにより、第2D図に示すように
コンタクトホール内部にのみシリコン酸化膜7を残す。
C図に示すように、シリコン酸化膜7を堆積させ、その
後、エツチングすることにより、第2D図に示すように
コンタクトホール内部にのみシリコン酸化膜7を残す。
最後に金属配線であるAllCu配線8を形成して、第
2E図に示すような半導体装置を得る。
2E図に示すような半導体装置を得る。
なお、上記実施例ではバリアメタルとしてTiN4を用
いた場合について示したが、本構造ではシリコン酸化膜
7を設け、AJ)Cu配線8とコンタクトホールの底部
に形成されたTiN4が直接接触しないようにしたので
、バリアメタル自体のバリヤ性はそれ程高い必要はない
。従って、バリアメタルの選択の幅を広げることができ
る。例えばT iW、Mo、W、MoS i 、WS
i 、T2 1S t 2等が使える。
いた場合について示したが、本構造ではシリコン酸化膜
7を設け、AJ)Cu配線8とコンタクトホールの底部
に形成されたTiN4が直接接触しないようにしたので
、バリアメタル自体のバリヤ性はそれ程高い必要はない
。従って、バリアメタルの選択の幅を広げることができ
る。例えばT iW、Mo、W、MoS i 、WS
i 、T2 1S t 2等が使える。
また、上記実施例ではコンタクトホールを埋め込むのに
シリコン酸化膜7を用いたが、熱処理したときTiN4
を介してSi基板1と相互拡散が生しない物質ならばい
かなる物質であってもよい。
シリコン酸化膜7を用いたが、熱処理したときTiN4
を介してSi基板1と相互拡散が生しない物質ならばい
かなる物質であってもよい。
また、相互拡散が生じてもSi基板1との間に接合リー
クが生じないような物質であってもよい。
クが生じないような物質であってもよい。
例えばポリイミド、シリコン窒化膜等の絶縁膜やW等の
メタルがある。
メタルがある。
また、上記実施例では、シリコン酸化膜7を形成するの
に常圧rEO5aにより形成したが、CVD法や、SO
G法を用いてもよい。
に常圧rEO5aにより形成したが、CVD法や、SO
G法を用いてもよい。
さらに上記実施例では金属配線層としてANCU配線8
を示したか、他の金属、例えばA1 cu、T i、S
i、Pd、W、Moのうちのいずれかあるいはこれら
の任意の組み合わせによって構成してもよい。
を示したか、他の金属、例えばA1 cu、T i、S
i、Pd、W、Moのうちのいずれかあるいはこれら
の任意の組み合わせによって構成してもよい。
以上のようにこの発明によれば、熱処理を施したときに
半導体基板との間に接合リークが生じたる程はバリアメ
タル層を介する相互拡散がない物質より成る底部層をコ
ンタクトホールの少なくとも底部のバリアメタル上に形
成するようにしたので、金属配線層と半導体基板との距
離が遠くなる。その結果、金属配線層と半導体基板の間
には相互拡散がなくなり、アロイスパイクが発生せず、
接合リークが生じないという効果がある。
半導体基板との間に接合リークが生じたる程はバリアメ
タル層を介する相互拡散がない物質より成る底部層をコ
ンタクトホールの少なくとも底部のバリアメタル上に形
成するようにしたので、金属配線層と半導体基板との距
離が遠くなる。その結果、金属配線層と半導体基板の間
には相互拡散がなくなり、アロイスパイクが発生せず、
接合リークが生じないという効果がある。
第1図はこの発明に係る半導体装置の一実施例を示す断
面図、第2A図ないし第2E図はこの発明に係る半導体
装置の製造方法の一実施例を示す断面工程図、第3図は
従来の半導体装置の断面図である。 図において、1はSi基板、3は層間絶縁膜、4はTt
N、5はTiSi %7はシリコン酸化膜、8はAf
Cu配線曇配線器。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第1図
面図、第2A図ないし第2E図はこの発明に係る半導体
装置の製造方法の一実施例を示す断面工程図、第3図は
従来の半導体装置の断面図である。 図において、1はSi基板、3は層間絶縁膜、4はTt
N、5はTiSi %7はシリコン酸化膜、8はAf
Cu配線曇配線器。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第1図
Claims (2)
- (1)半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたコンタクトホールを有す
る絶縁層と、 前記コンタクトホールの内壁、底部及び前記絶縁層の表
面に形成され、前記コンタクトホールの底部において前
記半導体基板と接触するバリアメタル層と、 前記コンタクトホールの少なくとも底部のバリアメタル
層上に形成され、熱処理を施したときに前記半導体基板
との間に接合リークが生じる程は前記バリアメタル層を
介する相互拡散がない物質より成る底部層と、 前記バリアメタル層及び前記底部層上に形成された金属
配線層とを備えた半導体装置。 - (2)半導体基板を準備する工程と、 前記半導体基板上に、コンタクトホールを有する絶縁層
を形成する工程と、 前記コンタクトホールの内壁、底部及び前記絶縁層の表
面に、前記コンタクトホールの底部において前記半導体
基板と接触するバリアメタル層を形成する工程と、 熱処理を施したときに前記半導体基板との間に接合リー
クが生じる程は前記バリアメタル層を介する相互拡散が
ない物質より成る底部層を前記コンタクトホールの少な
くとも底部のバリアメタル層上に形成する工程と、 前記バリアメタル層及び前記底部層上に金属配線層を形
成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34023989A JPH03201482A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34023989A JPH03201482A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03201482A true JPH03201482A (ja) | 1991-09-03 |
Family
ID=18335035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34023989A Pending JPH03201482A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03201482A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5502335A (en) * | 1991-10-18 | 1996-03-26 | Nec Corporation | Semiconductor device with wiring layer |
US5523624A (en) * | 1992-02-28 | 1996-06-04 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Integrated circuit device structure with dielectric and metal stacked plug in contact hole |
US5578872A (en) * | 1992-07-27 | 1996-11-26 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Planar contact with a void |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP34023989A patent/JPH03201482A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5502335A (en) * | 1991-10-18 | 1996-03-26 | Nec Corporation | Semiconductor device with wiring layer |
US5523624A (en) * | 1992-02-28 | 1996-06-04 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Integrated circuit device structure with dielectric and metal stacked plug in contact hole |
US5578872A (en) * | 1992-07-27 | 1996-11-26 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Planar contact with a void |
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