JPH0341727A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は半導体装置の製造方法に関し、更に詳しくは
金属配線の下地層に高融点金属を用いてシリコン基板上
の酸化膜に形成されたコンタクトホールを介してシリコ
ン基板内の不純物拡散層と上記酸化膜上の配線部とを導
通させろようにした半導体装置の製造方法に関するもの
である。

（ロ）従来の技術 一般に、半導体装置の金属配線としては、アルミニウム
合金が広く用いられている。ところが、近年の集積回路
の高密度化にとらない、このアルミニウム合金と基板シ
リコンとの反応によるコンタクト特性の劣化が問題とな
ってきた。そこで、チタンタングステン、チタンナイト
ライド、タングステンシリサイド又はモリブデンシリサ
イド等の高融点金属やその合金あるいはシリサイドを金
属配線に用いる方法が従来から試みられていた。

これは、高融点金属等だけが基板シリコンと接触するよ
うに、金属配線の下地層にこの高融点金属等を挿入した
り、バリアメタルと呼ばれる高融点金属又はその合金あ
るいはシリサイド自体を金属配線として用いるものであ
る。

金属配線の下地層に高融点金属を用いる従来の半導体装
置の製造方法を第２図にもとづいて説明する。ここでは
、ＭＯＳ−ＦＥＴのソース又はドレイン金属配線を接続
する場合を示す。

まず、第２図（ａ）に示すように、シリコン基板１！上
にフィールド酸化膜１２を形成した後に、ゲート酸化膜
！３、ゲート電極１４および拡散層１５を形成し、さら
にその上面全面を層間絶縁膜１６で覆う。

次に、第２図（ｂ）に示すように、フォトレジスト１７
をマスクとして拡散層１５上の層間絶縁膜１６およびゲ
ート酸化膜１３を除去することにより、コンタクトホー
ル！８を形成する。

そして、第２図（Ｃ）に示すように、フォトレジスト１
７を除去した後に、コンタクトホール１８内ら含めて眉
間絶縁膜１６の上面全面を高融点金属膜１９ａで覆い、
さらにその上面全面をアルミニウム合金膜１．９　ｂで
覆って金属配線１つを形成する。この高融点金属膜１９
ａおよびアルミニウム合金膜１９ｂは、スパッタリング
法まｆこはＣＶＤ法で形成する。これにより、コンタク
トホール１８を介して、シリコン基Ｅｌｌ内の拡散層１
５と層間絶縁膜１６上の金属配線膜！９とを接続するこ
とができる。

（ハ）発明か解決しようとする課題 しかし、高融点金属を、バリアメタルとして用いる場合
、バリアメタルと言えどしその直上のＡ１合金と反応し
てＡＩと高融点金属との合金がバリアメタル層１９ａに
形成されろ。しからこの合金はコンタクトホール内１８
においてはバリアメタル層１９ａ直下の下地拡散層１５
のＳｉとも反応してバリアメタル層１９ａに上記高融点
金属、ＡＩおよびＳｉの３元素の合金が形成される。

即ち、このバリアメタルＦ！　ｌ　９　ａがコンタクト
ホール【８の底部に、上・下にそれぞれＡ１合金膜１９
ｂ、不純物層Ｉ５とに隣接して配設され、′しから５０
０Ｊ〜１０００大程度の薄膜で形成されるから、上述の
反応が後の熱処理工程（ンンター、層間紙Ｒ膜形成等）
で生じ、下地のＳｉを吸いあげて接合を破壊するおそれ
かある。

また、バリアメタルに高融点金属のシリサイドを用いた
場合は、Ａ１合金中のＳｉがコンタクトホール底部のバ
リアメタル層上に偏析するから、コンタクト抵抗の劣化
を避は難い。

この発明は、金属配線膜と下地のシリコン基板との接合
が破壊されるのを防止するとともに、コンタクト抵抗を
低減できる半導体装置の製造方法を提供することを目的
とするものである。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明は、
シリコン基板上の酸化膜に形成されたコンタクトホール
を介してシリコン基板内の不純物拡散層と上記酸化膜上
の配線部とを導通させるに際して、シリコン基板上に、
その全面に酸化膜を積層した後その酸化膜の上記不純物
拡散層上にコンタクトホールを開口し、コンタクトホー
ルおよび酸化膜全面に沿って高融点金属またはそのシリ
サイドのバリアメタル層を形成し、続いて導電性膜をバ
リアメタル層上に積層してコンタクトホール内に埋設し
、その後導電性膜をエツチングによりコンタクトホール
内のみ残存させ、さらに、全面に、少なくともシリコン
・アルミニウム合金からなる配線膜を形成したことを特
徴とする半導体装置の製造方法である。

すなわち、この発明は、不純物拡散されたシリコン基板
と、その上の酸化膜に形成されたコンタクトホールを介
して、少なくともコンタクト底部における不純物拡散層
との接触面上に高融点金属またはそのシリサイドのバリ
アメタル層を形成し、シリコン・アルミニウム合金膜と
の間に導電性膜を挿入してアルミニウム合金膜とバリア
メタル層とを分離するようにしたことから、従来のよう
に、アルミニウムと高融点金属が反応してなる合金がバ
リアメタル層に形成されるのを防止できるとともに、そ
の合金がコンタクトホール内においては金属配線膜下地
のシリコン基板からシリコンを吸い上げてバリアメタル
層にシリコンが析出するのを防止できる。

また、バリアメタル層として上記シリサイドを用いても
、導電性膜の介入によりアルミニウム合金膜中のシリコ
ンがコンタクトホール底部のバリアメタル層に偏析する
ことはなくなり、しかもアルミニウム合金膜がバリアメ
タル層のみならず、導電性膜とも電気的接触を保つこと
かできるので、コンタクト低流の劣化を防止できるとと
もに、低抵抗化をさらに向上できる。

しかし上記コンタクトホールを導電性膜で埋設したので
、コンタクト部を平坦化できる利点を有し、かつ導電性
膜は絶縁性膜などにくらべて長期にわたり耐性を有する
から、信頼性を向上できる。

（ホ）実施例 以下図に示す実施例にもとづいてこの発明を詳述する。

なお、これによってこの発明は限定を受けるものではな
い。

第１図はこの発明の一実施例を説明するためのものであ
る。

第１図（ｄ）において、半導体装置は、Ｓｉ基板ｌの不
純物拡散層ｌａ上にコンタクトホール２ａを有するボロ
ン（Ｂ）−リン（Ｐ）がドープされたＳｉ○、膜２と、
そのＳ１０．膜上およびコンタクトホール２ａの内壁全
面に沿って配設されたＴｉＷやＴｉＮなどの高融点メタ
ルのバリアメタル層３と、コンタクトホール２ａ内に埋
設された導電性のシリコン膜４ａと、これら全面に積層
され、Ｓｉｎ、膜２直上のバリアメタル層３と導通され
る５ｉ−Ａ１合金膜５とからなる。

以下製造方法について説明する。

まず、Ｓｔ基板ｌ上に、その全面にボロン・リンがドー
プされた５ｉｆｔ膜を約９ｏｏｏ、久〜ｔ２ｏｏｏ又の
厚さに積層した後、不純物拡散層Ｉａ上のＳｉＯ２膜部
分に異方性エツチング法を用いてコンタクトホール２ａ
を開口し、 コンタクトホール２ａおよび残存する酸化膜２の全面に
沿って高融点金属のＴｉＷやＴｉＮなどのバリアメタル
層３を形成する［第１図（ａ）参照］。

この際、バリアメタル層３は厚膜に形成され、約１００
０〜３０００人の厚さが適当である。

続いて、全面にシリコンを積層して導電性膜としてのシ
リコン膜４をコンタクトホール２ａ内に埋設する［第１
図（ｂ）参照コ。この際、ＬＰ−ＣＶＤ法により約５０
０〜６００℃でＳ　ｉ　Ｈ４＋　Ｐ　Ｈ３の混合ガスを
用いシリコン膜４を形成する。このシリコン膜は低温処
理するとアモルファスシリコンとなり、高温処理すると
ポリシリコンとなる。この使い分けは、下地のバリアメ
タル層３などの条件に応じて変え得る。この方法による
シリコンのカバレッジは良好で、コンタクトホール２ａ
を完全に穴埋めできる、膜厚はコンタクトホールサイズ
の１／２以上、即ち、およそ０．６μｍ以上で良い。本
実施例では、コンタクトホール２ａ上のシリコン膜４ａ
の膜厚は約１００００〜１５０００λであり、それ以外
の領域でのシリコン＠４の膜厚は約５０００人である。

次に、Ｓ　Ｆ　ｓガスを用いてリアクティブイオンエツ
チングで異方性エッチすることによりコンタクトホール
２ａ内以外のシリコン膜を除去する［第１図（ｃ）参照
］。この際、オーバーエッチを調整することでコンタク
トホール２ａの内部にのみシリコン膜４ａが残存する。

その後、全面に５ｉ−Ａ１合金膜５を約６０００．天の
厚さに積層し［第１図（ｄ）参照コ、しかる後、公知の
フォトリソグラフィーによってＡ１合金膜５およびバリ
アメタル層３の所定領域を連続エツチングして配線をお
こなう。

このように本実施例では、コンタクトホール２ａの底部
でＳｉ基板ｌと接触するバリアメタル層３に高融点金属
のＴｔＷやＴｉＮなどを用い、その上層のＡ１合金層６
との間に導電性のシリコン膜４ａを挿入するようにした
ので、コンタクトホール２ａにおいて、Ａ１合金膜５か
らバリアメタル層３、さらには不純物拡散層Ｌａを分離
でき、バリアメタル層３にＡＩ−Ｗ−ＳｉあるいはＡｌ
−Ｔｉ−９ｉの３元素合金が形成されるのを防止できる
ととも７こ、バリアメタル層３を厚膜で形成したので、
下地のＳｔ基板１のＳｉを吸い上げて接合が破壊される
のを防止できる。また、メタル配線後のコンタクトホー
ルの平坦化が達成でき、後のＡｔ配線の微細加工を容易
にできる。

その結果、コンタクト抵抗はバリアメタルと拡散層シリ
コンとの接触抵抗のみで決定される安定した値となり、
低抵抗化を実現できる。すなわち、約５００〜６００℃
といった高融点金属がソリサイド化される反応温度まで
耐熱性を有する低抵抗コンタクトを実現できる。

なお、本実施例では、Ａｌ−３ｔ合金＠５を直接バリア
メタル層３上およびシリコン膜４ａ上に積層した単層妃
線＠構造のものを示したが、バリアメタルおよびＡｌ−
Ｓｉ合金を上記膜３，４ａ上に順次形成してなる積層配
線構造を採用しても良い。これによりシリコン膜４ａと
Ａｌ−Ｓｉ合金膜５との反応も防止できるとともに、メ
タルエツチングの特性を改善でき、かつコンタクトホー
ル部における平坦化をさらに向上できる。

（へ）発明の効果 以上のようにこの発明によれば、Ｓｔ基板との接触面は
、高融点金属及びシリサイドを用いてバリアメタル層を
形成し、その上層のメタル配線としてのＡ１合金との間
に導電性を挿入することでＡＩとＳｉ及び高融点金属及
びノリサイトを分離し、３元素合金及びＳｉ析出を防止
てきる。

その結果、メタル配線後のコンタクトホールの平坦化が
達成できるだけでなく導電性膜は絶縁膜などにくらべて
長期にわたり耐性を有するから、信頼性を向上できろ。

また、約５００〜６００°Ｃといった高融点金属がシリ
サイド化反応される温度まで耐熱性のある低抵抗コンタ
クトを実現でき、しかもメタル配線がバリアメタル層の
みならず、導電性膜とら電気的接触を保つことができる
ので、低抵抗化をさらに向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するための製造工程
説明図、第２図は従来例を示す製造工程説明図である。 ｌ・・・・・シリコン基板、１ａ・・・・・・不純物拡
散層、２・・・・・・５ｉＯｙ膜（酸化膜）、２ａ・・
・・・・コンタクト中−ル、 ３・・・・・・バリアメタル、 ４ａ・・・・・・シリコン膜（導電性膜）、５・・・・
・・５ ｉ−Ａ１合金膜。 第 ス （ａ） （ｃ） ａ ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン基板上の酸化膜に形成されたコンタクトホ
   ールを介してシリコン基板内の不純物拡散層と上記酸化
   膜上の配線部とを導通させるに際して、 シリコン基板上に、その全面に酸化膜を積層した後その
   酸化膜の上記不純物拡散層上にコンタクトホールを開口
   し、 コンタクトホールおよび酸化膜全面に沿って高融点金属
   またはそのシリサイドのバリアメタル層を形成し、 続いて導電性膜をバリアメタル層上に積層してコンタク
   トホール内に埋設し、 その後導電性膜をエッチングによりコンタクトホール内
   のみ残存させ、 さらに、全面に、少なくともシリコン・アルミニウム合
   金からなる配線膜を形成したことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。