JPH04147626A

JPH04147626A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH04147626A
Application number: JP27173590A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sekiguchi; 満関口; Hiroshi Yamamoto; 浩山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-05-21

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の製造方法に関し、特に半導体装置
の金属配線形成方法に関する。

（従来の技術）半導体装置における金属配線材料には、通常ＡｌにＳｉ
を１〜２％加えたＡｌ合金が用いられている。そして、
コンタクトホールにおけるシリコン基板と金属配線との
密着性を高めるため、ＡＮ合金を蒸着した後、通常４０
′０〜５００℃の熱処理が行われている。しかし、１μ
ｍ２以下の微細なコンタクトホールにおいては、Ａｌ合
合金へ過剰Ｓｉが熱処理によりシリコン基板表面に析出
し、コンタクト抵抗を増加させるという問題がある。

これを防ぐ方法として、Ａｌ合金とシリコン基板との間
にＴｉＷ、ＴｉＮ、高融点金属シリサイド等、ＡｌやＳ
ｉの移動を阻止する金属（バリアメタル）を挟んだ積層
配線構造が一般に用いられている。

高融点金属シリサイドの中でも、モリブデンシリサイド
ＭｏＳｉ２．ｏはＡｌとの反応温度か高いという利点が
あり、バリアメタルとしてしばしば用いられている。現
実にはモリブデンシリサイド層の形成はスパッタ蒸着法
によって行われ、ターゲット量産上の問題から、Ｓｉの
組成比を２．２〜２．５としたＭｏＳ　ｉ　ｘ　（ｘ＝
２．　２〜２，５）ターゲットか用いられている。従っ
て、通常、バリアメタルとして用いられているモリブデ
ンシリサイドＭｏＳｉｘ層はＭｏＳｉ２．ｏよりＳ１組
成比がやや大きくなっていると考えられる。第２図にモ
リブデンシリサイドＭｏＳｉｘ層をバリアメタルとして
用いた、Ａｌ合金／ＭｏＳｉｘの積層配線構造を示す。

この積層配線構造は、シリコン基板１上に拡散領域２、
及び前記拡散領域２に対して開孔された絶縁層膜３を形
成し、その後、モリブデンシリサイドＭｏＳｉｘ層７及
びＡｌ合金層６を形成することにより作られる。また、
この積層配線構造は、ＭｏＳｉｘ層をスノマ・ツタ蒸着
する工程と、Ａｇ合金をスパッタ蒸着する工程とを同一
真空系内で連続的に行うか、或いは第１の真空系でＭｏ
Ｓｉｘ層をスパッタ蒸着した後、できるだけ早く第２の
真空系中に入れ、Ａｌ合金をスパッタ蒸着するという方
法によって形成されており、工程の簡略化の点からＭｏ
Ｓｉｘ層を形成する際には基板加熱は行われない。ツク
リアメタルとしてＴｉ５ｉｘＳＷＳｉｘＳＴａＳｉｘ等
、他の高融点金属シリサイドを用いた場合でも前記の事
情は同様である。

（発明か解決しようとする課題）上述したモリブデンシリサイドＭｏＳｉｘ層とＡρ交合
金層からなる積層配線構造においては、Ａｌ合金層の蒸
着後に行う４００〜５００℃の熱処理によってＭｏＳｉ
ｘ層中のＳｉがＡｌ合合金へ拡散し、絶縁性Ｓｉ粒とし
て析出することにより、モリブデンシリサイドＭｏＳｉ
ｘ層がない場合はどではないが、シリコン基板とのコン
タクト抵抗か増加するという問題がある。また、析出し
た絶縁性Ｓｉ粒が局部発熱や局部応力発生の原因となっ
て配線の断線等を招き、配線の信頼性か低下するという
欠点がある。バリアメタルとしてＴｉＳｉｘ、ＷＳｉｘ
、ＴａＳｉｘ等、他の高融点金属シリサイドを用いた場
合でも同様の問題か発生すると考えられる。

本発明の目的は上述の課題に鑑みてなされたもので、高
融点金属シリサイド層とその上部に接するＡｌ合金層と
からなる金属配線形成時において、熱処理時の高融点金
属シリサイド層からＡｌ合合金へのＳｉ析出を抑制する
半導体装置の製造方法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）二の目的の達成のために、本発明の半導体装置の製造方
法は、１μイ以下のコンタクトホールを有する半導体装
置を製造するに当たり、高融点金属シリサイド層とその
上部に接するＡｌ合金層とからなる金属配線形成時に、
前記高融点金属シリサイド層を、４００℃以上の予備基
板加熱を行った後ないしは４００℃以上の基板加熱と同
時に形成し、その後にＡ交合金層を形成することを特徴
とする。

（作用）本発明では、高融点金属シリサイド層を、４００℃以上
の予備基板加熱を行った後ないしは４００℃以上の基板
加熱と同時に形成し、その後にＡｐ合金層を形成するこ
とにより、高融点金属シリサイド層をある程度結晶化さ
せ、高融点金属シリサイド層からのＳｉ析出を減少させ
、１μｍ２以下のコンタクトホールにおける、熱処理に
よるコンタクト抵抗の増大を抑制することが可能となる
。

（実施例）次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の詳細な説明するために
工程順に示した半導体装置の断面図である。

先ず、第１図（ａ）のようにシリコン基板１上に拡散領
域２、絶縁膜層３を形成した半導体装置において、フォ
トリソグラフィー技術によって絶縁膜層コンタクトホー
ル４が開孔される。

次に、第１図（ｂ）に示すように、半導体装置を４００
℃で予備加熱した後、モリブデンシリサイドＭｏＳｉｘ
層５を同一真空系内でスパッタ蒸着により形成する。

最後に、第１図（ｃ）示すように、Ａｌ合金層６をスパ
ッタ蒸着により形成する。

我々は、具体的な実験として、スパッタ蒸着でＭｏＳｉ
ｘを１５ｎｍ堆積し、ＭｏＳｉｘ層を大気にさらした後
、Ａｌ合金をスパッタ蒸着した材料を作製し、４２０℃
で１５分熱処理した後のコンタクト抵抗を測定すること
により、ＭｏＳｉｘ層蒸着前の４００℃予備加熱有無の
効果を調べた。

また、４００℃予備加熱後、ＭｏＳｉｘ層をスパッタ蒸
着した試料について、ＭｏＳｉｘ層を大気にさらした後
、ＭｏＳｉｘ層表面をフッ酸溶液で洗浄し、次いでＡｌ
合金をスパッタ蒸着した試料と、ＭｏＳｉｘ層蒸着後、
同一真空系内でＡｌ合金をスパッタ蒸着した試料とにつ
いても同様の実験を行った。

その結果、Ｐ＋拡散層に対する０、９μｍ２のコンタク
トホールてのコンタクト抵抗は、５０〜６０Ωとどの試
料でも殆ど同じであったが、ｎ′″拡散層に対する０、
９μｍ２のコンタクトホールてのコンタクト抵抗は、予
備加熱無しの試料が約１００Ωであるのに対し、予備加
熱を行ったものは約７０Ω、Ａｌ合金蒸着前にＭｏＳｉ
ｘ層を大気にさらした後、ＭｏＳｉｘ層表面をフッ酸溶
液で洗浄した試料は約５０Ω、ＭｏＳｉｘ層蒸着後、同
一真空系内でＡｌ合金をスパッタ蒸着した試料は約３０
Ωであった。

以上のような、ＭｏＳｉｘ層蒸着前の４００℃予備加熱
の効果は以下のように考えられる。すなわち、４００℃
の予備加熱を行うことにより、半導体装置の温度か上昇
し、モリブデンシリサイドＭｏＳｉｘ層が堆積時にある
程度結晶化され、Ａｌ合金形成後の熱処理によるＡｌ合
金層中へのＭｏＳｉｘ層からのＳｉ析出が抑制されるた
め、熱処理によるコンタクト抵抗の増加が抑制される。

従って、本実施例によれば、従来の方法に比べ、熱処理
時のＳｉ析出の少なくてコンタクト抵抗が低く、高信頼
性のＡｌ合金／ＭｏＳｉｘ積層配線を持つ半導体装置が
得られる。

また、本実施例によれば、熱処理時のＳｉ析出が減少し
た分だけ、ＭｏＳｉｘ層５を厚くすることができ、Ｍｏ
Ｓｉｘ層５のシート抵抗を下げることができる。このよ
うにＭｏＳｉｘ層５を厚くした場合には、コンタクトホ
ールでのＡρ合金６のステップカバレッジが悪（、Ｍｏ
Ｓｉｘ層５のシート抵抗がコンタクト抵抗に影響するよ
うな場合でも、ＭｏＳｉｘ層５のシート抵抗が低い分だ
けコンタクト抵抗を低くてきるという利点も生じる。

尚、本実施例では、ＭｏＳｉｘ層５をスパッタ蒸着する
前に、４００℃の予備加熱を用いたが、予備加熱の温度
としては、４００”Ｃ以上であれば同様の効果が期待で
きる。従って、予備加熱の温度は４００℃以上であれば
、どの温度でもよい。

また、本実施例では、ＭｏＳｉｘ層５をスパッタ蒸着す
る前に、４００℃の予備加熱を用いたが、ＭｏＳｉｘ層
５のスパッタ蒸着と同時に４００℃以上の基板加熱を行
っても、本実施例と同様の効果が期待できる。従って、
スパッタ蒸着前の４００℃以上の予備加熱を用いずに、
スパッタ蒸着前の４００℃以上の基板加熱を行ってもよ
い。また、両者を組み合わせて行ってもよい。

さらに、本実施例では、ＭｏＳｉｘ層５をスパッタ蒸着
してから、ＡＮ合金層６をスパッタ蒸着する間の処理に
ついて、特に示さなかったが、我々の実験結果が示す通
り、（１）ＭｏＳｉｘ層５の形成後、ＭｏＳｉｘ層５の表面
を大気にさらすことなく、同一真空系内で前記Ａρ合金
層を形成する。

ｆ２１　　Ｍｏ　Ｓ　ｉ　ｘ層５の形成後、ＭｏＳｉｘ
層５の表面を大気にさらした後、前記Ａｌ合金層を形成
する。

（３１Ｍｏ　Ｓ　ｉ　ｘ層５の形成後、ＭｏＳｉｘ層５
の表面を大気にさらした後、前記Ａ、９合金層を形成す
る前に、前記モリブデンシリサイドＭ。

Ｓｉｘ層の表面をフッ酸等により酸洗浄するという方法
をとってもよい。

また、本実施例では、ＭｏＳｉｘ膜５、Ａｌ合合金金６
をスパッタ蒸着で形成したが、蒸着やその他の方法で形
成してもよいことは言うまでもない。

加えて、本実施例では、Ａ、Ｑ合金／高融点金属シリサ
イド積層配線の例として、ＭｏＳｉｘを用いたが、Ｔｉ
Ｓｉｘ、ＷＳｉｘ、ＴａＳｉｘ等、他の高融点金属シリ
サイドを用いてもよいことは言うまでもない。

本発明は前記実施例に限定されるものでなく、層間絶縁
膜を用いた多層配線構造を有する半導体装置のいずれの
配線層にも適用できるものであることは言うまでもない
。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は、Ａｌ合金／高融点金属
シリサイドの積層配線を持つ半導体装置の製造方法にお
いて、高融点金属シリサイド層を、４００℃以上の予備
基板加熱ないしは基板加熱を行って形成し、その後にＡ
ｌ合金層を形成することによって、高融点金属シリサイ
ド層をある程度結晶化し、Ａｌ合金層形成後の熱処理に
よるへ９合金層中への高融点金属シリサイド層からのＳ
ｉ析出を抑制し、熱処理によるコンタクト抵抗の増加を
抑制しようというものである。従って、本発明によれば
、熱処理時のＳｉ析出が少なくてコンタクト抵抗が低く
、高信頼性のＡｌ合金／高融点金属シリサイド積層配線
を持つ半導体装置か有効に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための工程順に示
した半導体装置の断面図である。第２図は従来例のＭｏ
Ｓｉｘ層をバリアメタルとした、Ａｌ合金／ＭｏＳｉｘ
積層配線構造を持つ半導体装置の断面図である。１・・・シリコン基板２・・・拡散領域３・・・絶縁膜層４・・・コンタクトホール５・・・モリブデンシリサイドＭｏＳｉｘ層（予備加熱
４００℃）６・・・Ａｌ合金層７・・・モリブデンシリサイドＭｏＳｉｘ層第２　図１・・・シリコン基板２・・・拡散領域３・・・絶縁膜層（予備加熱４００℃）６・・・Ａｌ合金層７・・・モリブデンシリサイドＭｏＳｉｘ層第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１μｍ＾２以下のコンタクトホールを有する半導
体装置の製造方法において、高融点金属シリサイド層と
その上部に接するＡｌ合金層とからなる金属配線形成時
に、半導体装置に４００℃以上の予備基板加熱を行った
後に、前記高融点金属シリサイド層を形成し、その後に
前記Ａｌ合金層を形成することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
（２）１μｍ＾２以下のコンタクトホールを有する半導
体装置の製造方法において、高融点金属シリサイド層と
その上部に接するＡｌ合金層とからなる金属配線形成時
に、半導体装置に４００℃以上の基板加熱を行い、同時
に前記高融点層シリサイド層を形成し、その後に前記Ａ
ｌ合金層を形成することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
（３）高融点金属シリサイド層の形成後、高融点金属シ
リサイド層の表面を大気にさらした後、前記高融点金属
シリサイド層の表面をフッ酸等により酸洗浄してから、
Ａｌ合金層を形成することを特徴とする請求項（１）又
は（２）記載の半導体装置の製造方法。
（４）高融点金属シリサイド層は、ＭｏＳｉｘ、ＴｉＳ
ｉｘ、ＷＳｉｘ、ＴａＳｉｘ等であることを特徴とする
請求項（１）又は（２）記載の半導体装置の製造方法。