JPH03220772A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH03220772A
JPH03220772A JP1684790A JP1684790A JPH03220772A JP H03220772 A JPH03220772 A JP H03220772A JP 1684790 A JP1684790 A JP 1684790A JP 1684790 A JP1684790 A JP 1684790A JP H03220772 A JPH03220772 A JP H03220772A
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JP
Japan
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layer
metal layer
melting
semiconductor device
electrodes
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JP1684790A
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Inventor
Norio Kususe
楠瀬 典男
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication of JPH03220772A publication Critical patent/JPH03220772A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the occurrence of defective conductance by providing a barrier metal layer comprising a high-melting-point metal layer or a high- melting-point metal silicide layer on electrodes on the diffused region of a semiconductor substrate, and providing a metal wiring layer on the barrier metal layer. CONSTITUTION:Electrodes 108 and 113 are provided on diffused regions 109 and 110 provided on a semiconductor substrate 100. A barrier metal layer 117 comprising a high-melting-point metal layer or a high-melting-point metal silicide layer is provided on the electrodes 108 and 113. A metal wiring layer 115 is provided on the barrier metal layer. When the barrier metal layer 117 comprising the high-melting-point metal layer or the high-melting-point metal silicide layer is provided between the electrodes 108 and 113 and the metal wiring 115 provided on the diffused regions 109 and 110 of a bipolar transistor element and a MOS transistor element which are provided on the semiconductor substrate 100 in this way, the defective contact between the electrodes 108 and 113 and the metal wiring 115 is prevented, and the reliability of the semiconductor device is improved.

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関し、特に同一半導体基板にバイ
ポーラトランジスタ素子とCMO8トランジスタ素子を
有する半導体装置(以下BiCMO3半導体装置と記す
)に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device (hereinafter referred to as a BiCMO3 semiconductor device) having a bipolar transistor element and a CMO8 transistor element on the same semiconductor substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、MO8型LSIにおいて高密度・高集積高速化の
手段としてゲート電極の微細化が進んでいる。ゲート電
極を配線層の一部として使用する場合に於いて、ゲート
電極を構成する材質は、従来一般的にドープトポリシリ
コンが用いられており層抵抗およそ20Ω/口である。
In recent years, the miniaturization of gate electrodes in MO8 type LSIs has been progressing as a means of achieving higher density, higher integration speed, and higher speed. When the gate electrode is used as part of a wiring layer, the material constituting the gate electrode is generally doped polysilicon, which has a layer resistance of about 20 Ω/hole.

従って微細化によって配線抵抗値は増大することになり
、この配線抵抗値の低減ためにゲート電極の材質にタン
グステンシリサイド等の高融点金属硅化物が用いられて
いる。
Therefore, the wiring resistance value increases with miniaturization, and in order to reduce this wiring resistance value, high melting point metal silicide such as tungsten silicide is used as the material of the gate electrode.

一方、バイポーラ型LSIにおいて単結晶シリコンのP
N接合が順方向に導通するのに必要な電圧より低い電圧
で導通するダイオードが必要となる場合が生じる。この
様なダイオードとして製法の簡便さ、及び高周波特性の
良好な金属−半導体ダイオード(以下SBDと略する。
On the other hand, in bipolar LSI, P of single crystal silicon
It may be necessary to have a diode that conducts at a voltage lower than that required for the N-junction to conduct in the forward direction. As such a diode, a metal-semiconductor diode (hereinafter abbreviated as SBD) is easy to manufacture and has good high frequency characteristics.

〉が広く用いられている。> is widely used.

SBDを構成する電極は、SBD面積が100μm2で
順方向に導通するのに必要な電圧がおよそ400mV前
後となる白金シリサイド層が最適である。タングステン
シリサイド等の高融点金属硅化物層では、順方向電圧が
400mVより低くな、すSBD面積は小さくて済むが
半導体装置として所望の順方向電圧を得るにはSBD面
積が小さくなりすぎ製造上順方向電圧のコントロール性
の問題を生ずる。
The optimal electrode for the SBD is a platinum silicide layer, which has an SBD area of 100 μm 2 and requires a voltage of approximately 400 mV for forward conduction. With a high melting point metal silicide layer such as tungsten silicide, the forward voltage is lower than 400 mV, and the SBD area can be small, but the SBD area is too small to obtain the desired forward voltage as a semiconductor device, making it difficult to manufacture. This causes problems in the controllability of the directional voltage.

尚、順方向電圧が400mVより大きくなる場合では、
単結晶シリコンのPN接合の順方向電圧およそ600m
Vと差がなくなりSBDの必要性意味がなくなる。
In addition, when the forward voltage becomes larger than 400mV,
Forward voltage of single crystal silicon PN junction is approximately 600m
There is no difference with V, and the need for SBD becomes meaningless.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来の半導体装置は、各電極と例えばアルミニ
ウム等の配線層をオーム接続するためには、熱処理等に
より各電極とアルミニウム層を合金化させる必要がある
。この過程においてシリコン等を含む材質で各電極が構
成されていた場合、アルミニウム配線層にシリコンが拡
散し、再結晶化することは周知の事である。この再結晶
化によるシリコンの大きさは、1〜2μmにも達するこ
とがある。前述した高密度・高集積化された半導体装置
に於いては、前記電極数り出し窓や下層・上層配線の接
続用開孔窓のサイズを小さくすることが望まれている。
In the conventional semiconductor device described above, in order to ohmically connect each electrode to a wiring layer made of, for example, aluminum, it is necessary to alloy each electrode and the aluminum layer by heat treatment or the like. It is well known that in this process, if each electrode is made of a material containing silicon or the like, silicon will diffuse into the aluminum wiring layer and recrystallize. The size of silicon due to this recrystallization can reach 1 to 2 μm. In the above-mentioned high-density, highly integrated semiconductor device, it is desired to reduce the size of the electrode numbering window and the opening window for connecting lower and upper layer wiring.

しがしながら上述した様に前記開孔窓等のサイズを2.
0μm以下とした場合には、オーム接続された電極部分
とアルミニウム配線層接触部分の接触抵抗値が増加し、
導通不良を生ずるという問題点があった。
However, as mentioned above, the size of the aperture window etc. is set to 2.
When it is 0 μm or less, the contact resistance value between the ohmically connected electrode portion and the aluminum wiring layer contact portion increases,
There was a problem in that poor conduction occurred.

また、オーム接続するための熱処理等によりSBD電極
もアルミニウム等配線層と合金化反応するのでSBD順
方向電圧は経時変化し、半導体装置が機能動作しなくな
るという問題点があった。
Furthermore, because the SBD electrode also undergoes an alloying reaction with the wiring layer such as aluminum due to heat treatment for ohmic connection, the SBD forward voltage changes over time, resulting in a problem that the semiconductor device no longer functions.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の半導体装置は、同一半導体基板上に設けたバイ
ポーラトランジスタ素子及びMOSトランジスタ素子を
有する半導体装置において、前記半導体基板に設けた拡
散領域上に設けた電極の上に設けた高融点金属層又は高
融点金属硅化物層からなるバリアメタル層と、前記バリ
アメタル層の上に設けた金属配線層とを有する。
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having a bipolar transistor element and a MOS transistor element provided on the same semiconductor substrate, in which a high melting point metal layer or It has a barrier metal layer made of a high melting point metal silicide layer, and a metal wiring layer provided on the barrier metal layer.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照しながら説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図(a)〜(d)は、本発明の第■の実施例の製造
方法を説明するための工程順に示した半導体チップの断
面図及びA部拡大図である。
FIGS. 1(a) to 1(d) are a sectional view and an enlarged view of part A of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the manufacturing method of the second embodiment of the present invention.

まず、第1図(a>に示すように、P型シリコン基板1
00の上にN+型埋込み領域101とP+型埋込み領域
102を形成し、N+型埋込み領域101及びP+型埋
込み領域102を含むP型シリコン基板100の上にN
型エピタキシャル層103を成長する。次に、バイポー
ラトランジスタ(以下B i pTRと記す)素子相互
及びMOSトランジスタ(以下MOS  TRと記す)
とを電気的に絶縁分離するためのP型シリコン基板10
0に達するP型線縁領域104及びNチャネルMOS 
 TRを形成するためのP型シリコン基板100に達す
るP型ウェル領域105をそれぞれ形成する。次に耐酸
化性膜をマスクとして選抗酸化を行いフィールド酸化膜
を形成し、素子形成領域を区画する。次に、耐酸化性膜
を除去し、素子形成領域の表面を熱酸化してゲート酸化
膜106を形成する。次いで、所望のMOS  TRの
スレシュホルト電圧を制御するためにイオン打込み法に
より基板濃度をコントロールする。次に気相成長法など
によりおよそ0.2μmの厚さに酸化シリコン膜を形成
し、B i pTRのP型ベース領域107を形成する
。次いで基板全面に多結晶シリコン層を厚さおよそ50
nmと薄く被着し、前記多結晶シリコン層に熱拡散法等
によりN型となる不純物を添加し、更に上層におよそ厚
さ0.2μmのタングステンシリサイド層をスパッター
等により形成する。
First, as shown in FIG. 1 (a), a P-type silicon substrate 1
00, an N+ type buried region 101 and a P+ type buried region 102 are formed on the P type silicon substrate 100 including the N+ type buried region 101 and the P+ type buried region 102.
A type epitaxial layer 103 is grown. Next, bipolar transistor (hereinafter referred to as B i pTR) elements and MOS transistor (hereinafter referred to as MOS TR)
P-type silicon substrate 10 for electrically insulating and separating the
P-type line edge region 104 reaching 0 and N-channel MOS
P-type well regions 105 are respectively formed to reach the P-type silicon substrate 100 for forming the TR. Next, selective oxidation is performed using the oxidation-resistant film as a mask to form a field oxide film and define an element formation region. Next, the oxidation-resistant film is removed, and the surface of the element formation region is thermally oxidized to form a gate oxide film 106. Next, the substrate concentration is controlled by ion implantation in order to control the desired threshold voltage of the MOS TR. Next, a silicon oxide film is formed to a thickness of about 0.2 μm by vapor phase growth or the like to form a P-type base region 107 of B i pTR. Next, a polycrystalline silicon layer is applied to the entire surface of the substrate to a thickness of approximately 50 mm.
N-type impurities are added to the polycrystalline silicon layer by thermal diffusion or the like, and a tungsten silicide layer with a thickness of approximately 0.2 μm is formed on the upper layer by sputtering or the like.

次に、フォトレジスト膜をマスクにタングステンシリサ
イド層と多結晶シリコン層とを選択的に順次エツチング
し、ゲート電極108を形成する。次いで、例えばアル
ミニウム層をマスクにイオン打込み法により砒素イオン
を打込みNチャネルMOS  TRのソース・ドレイン
拡散層1、09を形成し、また、ホウ素イオンを打込み
PチャネルMO8TRのソース・ドレイン拡散層110
を形戒する。尚、ホウ素イオンを打込む際BipTRの
エミッタ領域部組外のベース部にも打込むことで抵抗を
小さくすることが出来る。
Next, the tungsten silicide layer and the polycrystalline silicon layer are selectively and sequentially etched using the photoresist film as a mask to form a gate electrode 108. Next, for example, arsenic ions are implanted by ion implantation using the aluminum layer as a mask to form the source/drain diffusion layers 1 and 09 of the N-channel MOS TR, and boron ions are implanted to form the source/drain diffusion layers 110 of the P-channel MO8TR.
formal precepts. Incidentally, when implanting boron ions, the resistance can be reduced by implanting the boron ions also into the base part outside the emitter region assembly of BipTR.

次に、第1図(b)に示すように、気相成長法などによ
り全面におよそ0.2μmの厚さの酸化シリコン膜11
1を形成し、前記MO3TRのゲート電極とB i p
TRの電極を絶縁する。次にBipTRのエミッタ領域
112を形成するため酸化シリコン膜111を選択的に
エツチングして開孔部を設ける。次に、開孔部を含む表
面に多結晶シリコン層を0.25μmの厚さに堆積し、
多結晶シリコン層にイオン注入法等によりN型となる不
純物を添加し、多結晶シリコン層より不純物をベース領
域107の表面に拡散してBipTRのエミッタ領域1
12を形成する。次に、多結晶シリコン層を選択的にエ
ツチングしてB i pTRのエミッタ電極113を形
成する。尚、この際必要に応じてBipTRのエミッタ
領域112・エミッタ電極113を形成する要領でN+
型のコレクタ領域及びコレクタ電極も形成出来る。
Next, as shown in FIG. 1(b), a silicon oxide film 11 with a thickness of approximately 0.2 μm is formed over the entire surface by vapor phase growth or the like.
1, and the gate electrode of the MO3TR and B i p
Insulate the electrodes of the TR. Next, in order to form the emitter region 112 of BipTR, the silicon oxide film 111 is selectively etched to form an opening. Next, a polycrystalline silicon layer is deposited to a thickness of 0.25 μm on the surface including the openings,
N-type impurities are added to the polycrystalline silicon layer by ion implantation or the like, and the impurities are diffused from the polycrystalline silicon layer to the surface of the base region 107 to form the emitter region 1 of BipTR.
form 12. Next, the polycrystalline silicon layer is selectively etched to form an emitter electrode 113 of B i pTR. At this time, if necessary, the N+
A collector region of the mold and a collector electrode can also be formed.

次に、第1図(c)、(d)に示すように、不純物リン
を含んだ酸化シリコン膜114を被着し、素子相互を接
続するための開孔窓及びSBDを形戒するための開孔窓
を酸化シリコン膜114に形成する。次に、全面に蒸着
法等で白金膜を堆積し、600℃でシンターすることに
よりタングステンシリサイドゲート電極取り出し意思外
の開口窓部分に白金シリサイド層116が形成される。
Next, as shown in FIGS. 1(c) and 1(d), a silicon oxide film 114 containing impurity phosphorus is deposited to form opening windows for interconnecting elements and for forming SBDs. An aperture window is formed in the silicon oxide film 114. Next, a platinum film is deposited on the entire surface by vapor deposition or the like and sintered at 600° C., thereby forming a platinum silicide layer 116 in the opening window portion where the tungsten silicide gate electrode is not intended to be taken out.

次に、未反応の白金膜を王水にてエツチングし除去する
。次に、蒸着法等で数パーセントのチタンを含んだタン
グステン層117を堆積し、過酸化水素と水酸化アンモ
ニウム混合水溶液にて選択的にエツチングし開口窓の白
金シリサイド層116上のバリアメタル層を形成する。
Next, the unreacted platinum film is removed by etching with aqua regia. Next, a tungsten layer 117 containing several percent titanium is deposited by vapor deposition or the like, and selectively etched with a mixed aqueous solution of hydrogen peroxide and ammonium hydroxide to form a barrier metal layer on the platinum silicide layer 116 in the opening window. Form.

次に、蒸着法等でアルミニウム膜を堆積して選択的にエ
ツチングし、素子相互を接続するアルミニウム配線層1
15を形成する。次に、各電極とアルミニウム配線層1
15をオーム接続させるため、例えば400°C20分
程度の熱処理を施し、BiCMO8半導体装置を完成さ
せる。
Next, an aluminum film is deposited using a vapor deposition method or the like and selectively etched to form an aluminum wiring layer 1 that interconnects the elements.
form 15. Next, each electrode and aluminum wiring layer 1
In order to connect 15 with an ohm, heat treatment is performed at, for example, 400° C. for about 20 minutes, and the BiCMO8 semiconductor device is completed.

尚、必要に応じて更に上層配線も形成出来る。Incidentally, further upper layer wiring can be formed if necessary.

第2図(a)、(b)は、本発明の第2の実施例の半導
体チップの断面図及びB部拡大図である。
FIGS. 2(a) and 2(b) are a sectional view and an enlarged view of part B of a semiconductor chip according to a second embodiment of the present invention.

第2図(a)、(b)に示すように、各トランジスタ領
域を形成し、開口窓部分に白金シリサイド層116を形
成するまでは、第1図(a)〜(c)で説明した第1の
実施例と同じ工程で形成する。次に、タングステンシリ
サイド層118をスパッター法により堆積し、タングス
テンシリサイド層118の上に蒸着法等でアルミニウム
層215を堆積し、アルミニウム層215及びタングス
テンシリサイド層218を選択的に順次エツチングして
素子相互を接続する配線層を形成する。次に各電極と前
記配線層をオーム接続させるため、400℃20分程度
の熱処理を施し、BiCMO8半導体装置を完成させる
As shown in FIGS. 2(a) and (b), until each transistor region is formed and the platinum silicide layer 116 is formed in the opening window portion, the steps described in FIGS. 1(a) to (c) are performed. It is formed in the same process as in Example 1. Next, a tungsten silicide layer 118 is deposited by a sputtering method, an aluminum layer 215 is deposited on the tungsten silicide layer 118 by a vapor deposition method, etc., and the aluminum layer 215 and the tungsten silicide layer 218 are selectively and sequentially etched to form an interconnect between the elements. Form a wiring layer to connect the Next, in order to establish an ohmic connection between each electrode and the wiring layer, a heat treatment is performed at 400° C. for about 20 minutes to complete a BiCMO8 semiconductor device.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、半導体基板に設けたバイ
ポーラトランジスタ素子及びMOSトランジスタ素子の
拡散領域上に設けた電極と金属配線との間に高融点金属
層又は高融点金属硅化物層からなるバリアメタル層を設
けることにより、電極と金属配線との接触不良を防止し
て半導体装置の信頼性を向上させるという効果を有する
As explained above, the present invention provides a barrier made of a high melting point metal layer or a high melting point metal silicide layer between an electrode provided on a diffusion region of a bipolar transistor element and a MOS transistor element provided on a semiconductor substrate and a metal wiring. Providing the metal layer has the effect of preventing poor contact between the electrode and the metal wiring and improving the reliability of the semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例の製造方
法を説明するための工程順に示した半導体チップの断面
図及びA部拡大図、第2図(a>、(b)は本発明の第
2の実施例の半導体チップの断面図及びB部拡大図であ
る。 100・・・P型シリコン基板、101・・・N+型型
埋界領域、102・・・P+型埋込み領域、103・・
・N型エピタキシャル層、104・・・P型線縁領域、
105・・・P型ウェル領域、106・・・ゲート酸化
膜、107・・・P型ベース領域、108・・・ゲート
電極、109・・・N型拡散領域、110・・・P型拡
散領10 域、111,114・・・酸化シリコン膜、112・・
・エミッタ領域、113・・・エミッタ電極、115・
・・アルミニウム配線層、116・・・白金シリサイド
層、117・・・タングステン層、118・・・タング
ステンシリサイド層。
FIGS. 1(a) to 1(d) are a cross-sectional view and an enlarged view of part A of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the manufacturing method of the first embodiment of the present invention, and FIGS. b) is a sectional view and an enlarged view of part B of a semiconductor chip according to a second embodiment of the present invention. 100...P type silicon substrate, 101...N+ type buried region, 102...P+ Mold embedding area, 103...
- N type epitaxial layer, 104... P type line edge region,
105... P type well region, 106... Gate oxide film, 107... P type base region, 108... Gate electrode, 109... N type diffusion region, 110... P type diffusion region 10 area, 111, 114... silicon oxide film, 112...
・Emitter region, 113... Emitter electrode, 115・
...Aluminum wiring layer, 116...Platinum silicide layer, 117...Tungsten layer, 118...Tungsten silicide layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 同一半導体基板上に設けたバイポーラトランジスタ素子
及びMOSトランジスタ素子を有する半導体装置におい
て、前記半導体基板に設けた拡散領域上に設けた電極の
上に設けた高融点金属層又は高融点金属硅化物層からな
るバリアメタル層と、前記バリアメタル層の上に設けた
金属配線層とを有することを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a bipolar transistor element and a MOS transistor element provided on the same semiconductor substrate, from a refractory metal layer or a refractory metal silicide layer provided on an electrode provided on a diffusion region provided on the semiconductor substrate. What is claimed is: 1. A semiconductor device comprising: a barrier metal layer; and a metal wiring layer provided on the barrier metal layer.
JP1684790A 1990-01-25 1990-01-25 Semiconductor device Pending JPH03220772A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5903054A (en) * 1993-12-23 1999-05-11 Stmicroelectronics, Inc. Integrated circuit with improved pre-metal planarization

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