JPH04180227A - 半導体装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、配線と配線を支持する絶縁膜との密着性を向
上させた配線構造を有する半導体装置に関するものであ
る。

（従来の技術） アルミニウム膜は、配線に要求される特性条件の多くを
満足しているためにＩＣ，ＬＳＩ等半導体装置のメタル
配線として多用されている。アルミニウム配線を利用す
る場合には通常配線を支持する基体との間にバリアメタ
ルを介在させる。バリアメタルとは、一般に、２種類の
異なる金属層との間に設けて、その相互反応を抑制する
障壁層をいう。バリアメタルは、相互反応を防止するだ
けでなく、電気的接触性、化学的安定性、プロセス適合
性等の条件を満たす必要がある。半導体基板内の拡散層
、ポリシリコン層あるいは絶縁膜層等を前記基体とする
場合は、その接触抵抗を低減する目的、あるいはエレク
トロマイグレーションやストレスマイグレーション等の
補強を目的としてアルミニウム配線の下にＴｉ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔａ。

Ｐｔ、Ｔｏ等の高融点金属層をバリアメタルとして用い
る。

第４図および第５図を参照して従来から知られている高
融点金属層をバリアメタルとして用いたアルミニウム配
線を具備した半導体装置について説明する。例に挙げた
のは、シリコンゲートＮチャネルＭＯＳトランジスタで
ある。

まず、ｐ型シリコン半導体基板９の表面を全面９００オ
ングストローム（以下、Ａと略記する）程、度の厚さに
酸化する。次に、ＭＯＳ）ランジスタを形成する領域、
すなわち、活性領域２０上の前記酸化膜にのみＳｉ３Ｎ
４膜をデポジションする。

そして、このＳｉ３Ｎ４膜をマスクとして基板９を約１
０００℃でウェット酸化して、基板９上のマスクされて
いない部分に約１μｍ厚のフィールド酸化膜（Ｓ　ｉ０
２　）を形成する。次に、マスクとして用いたＳｉ３Ｎ
４膜およびその下の酸化膜をエツチング除去し、さらに
加熱処理して２００Ａ程度のゲート酸化膜（ＳｉＣｈ）
を、この活性領域上に形成する。フィールド酸化膜とゲ
ート酸化膜とは厚さが異なるが、連続的に形成されてい
る。次に、基板９全面にゲート電極および配線となるポ
リシリコンを約３００ｎｍ堆積する。このポリシリコン
にはＢまたはＰを高濃度に拡散して所望の値まで抵抗を
下げる。たとえば、ＰＯＣｌ３雰囲気中でポリシリコン
を加熱してＰをその中へ拡散する。次にレジストをマス
クにしてポリシリコンを異方性エツチングしてポリシリ
コンゲート１０とポリシリコン配線を含む微細パターン
を形成する。

次に、Ａｓをイオン注入、アニールして活性領域にソー
ス・ドレイン領域を形成する。この後、ＣＶＤにより　
０．５μｍ程度の５ｉ０２膜を堆積して第１の層間絶縁
膜７を形成し、さらに、その上にこれより厚いＢＰＳＧ
膜を堆積して第２の層間絶縁膜６を形成する。次に、ソ
ース・ドレイン領域上の絶縁膜６．７をエツチングして
コンタクトホールを開孔し、この領域を部分的に露出す
る。ついで、第２の層間絶縁膜６上にコンタクトホール
内も含めてＷ、Ｃｒ、ＴｉＷ等のバリアメタルをスパッ
タリングにより堆積する。続いて、アルミニウム膜をス
パッタリングで堆積し、異方性工・ンチングにより配線
のパターニングを行って、バリアメタル層４．アルミニ
ウム配線１，３を形成する。アルミニウム膜には０．１
％程度のシリコンを拡散することも可能である。次に配
線を保護するパッシベーション膜５としてＰＳＧを堆積
し、そのパッド部分をエツチングにより開孔してパッド
部のアルミニウム配線３を露出する。パッシベーション
膜は、ＰＳＧに限らずプラズマＳｉ３Ｎ４等でもよい。

半導体装置のパッド部と活性領域を結ぶ配線は以上のよ
うな方法で行われているが、ここでバリアメタル層４の
高融点金属と下地の層間絶縁膜との密着性が問題になっ
ているｄＰＳＧとか５１３Ｎａ　、　　Ｓ　ｉ　０２等
の絶縁膜も密着性は不十分であるが、とくにボロンの存
在が大きいものと考えられ、例えばＢＰＳＧとバリアメ
タルとの密着性の問題は大きく、アセンブリ工程におけ
るボンディング時のＵＳ　（Ｕｌｔｒａ　５ｏｎｉｃ　
）印加による震動衝撃によってバリアメタル層と下地の
絶縁膜との界面にハガレが多く発生していた。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べてきたように、従来からメタル配線とその下地
の絶縁膜との間には密着性に問題があり、とくにパッド
部等でこの配線と絶縁膜とがはがれてしまう例が多かっ
た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、メ
タル配線とその下地の絶縁膜との密着性が向上した配線
構造を有する半導体装置を提供することを目的としてい
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、半導体基板上の絶縁膜に高融点金属を介して
形成されたメタル配線を具備した半導体装置に関するも
のであって、このメタル配線のパッド部の下の前記絶縁
膜の下に、前記メタル配線下の高融点金属とは複数箇所
で接合しており、他の配線とは孤立しているシリコン層
を具備していることを特徴としている。

（作　用） 高融点金属とシリコン層とが接触してシリサイドを形成
するので絶縁膜に対する密着性が向上する。また、高融
点金属がシリコン層と接合するに際して、その間の絶縁
膜には複数のコンタクトホールが形成されており、メタ
ル配線はその中にも形成されるのでメタル配線とその下
の絶縁膜とは一層密着性が増すことになる。さらに、こ
の絶縁膜はボンディング時のダメージを緩和し、それに
よってクラックの防止をすることかできる。

（実施例） 以下に、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

実施例１ 第１図および第２図を用いてこの実施例を説明する。第
１図は、本発明の半導体装置の一例であるシリコンゲー
トＮチャネルＭＯＳトランジスタの要部平面図、および
第２図は、第１図のパッド部のＢ−Ｂ’部分の断面図で
ある。

本発明の半導体装置の製造工程は、ゲート電極等に用い
られるポリシリコンの抵抗値を調整するまでは、前述し
た従来例と同じ工程である。

すなわち、ｐ型シリコン半導体基板９の全表面を９００
Ａ程度酸化する。基板９の活性領域２０にのみマスクと
なる５１３Ｎ４膜を堆積する。このマスクを用いて基板
９を例えば約１０００℃でウェット酸化してマスクのな
い部分（非活性領域）に約１μｍ厚のＳｉＯ２フィール
ド酸化膜を形成する。

５ｌｑＮ４膜とその下の酸化膜をエツチング除去し、さ
らに加熱して２００Ａ程度のＳｉｎ、ゲート酸化膜をこ
の活性領域上に形成する。フィールド酸化膜とゲート酸
化膜とは厚さか異なるか連続的に形成される。基板９の
全面にゲート電極および配線となるポリシリコンを約３
００ｎｍ程度堆積する。このポリシリコンは、例えば、
ＰＯＣｌ３雰囲気中で加熱されてリンをその中に拡散し
、それによって抵抗値が所望の値に調整される。

次に、フォトレジストをマスクにしてポリシリコンを異
方性エツチングし、ポリシリコンゲート１０とポリシリ
コン配線を含む微細パターンを形成する。その際に、非
活性領域上に形成されるメタル配線１のパッド部２に相
当する部分のポリシリコン１２は残しておく、この実施
例では、はぼ正方形の微細なポリシリコンを規則正しく
配置したメツシュ状に形成する。ついて、例えばＡｓを
イオン注入し、さらにアニールして活性領域にソース・
ドレイン領域を形成する。このあと、ＣＶＤにより　０
．５μｍ程度のＳｉＯ２膜を堆積して第１の層間絶縁膜
７を形成し、さらにその上に、これより厚いＢＰＳＧを
堆積して第２の層間絶縁膜６を形成する。

次に、ソース・ドレイン領域やポリシリコン配線等メタ
ル配線を接合させたい領域上の層間絶縁膜６，７をエツ
チングしてコンタクトホールを開孔し、この領域を部分
的に露出する。当然、パッド部のメツシュ状ポリシリコ
ン領域の層間絶縁膜６．７もエツチング除去されるか、
この実施例では、複数のほぼ正方形の微細なポリシリコ
ンの各々の上にコンタクトホールが形成されるので、コ
ンタクトホールもメツシュ状に形成されることになる。

ついで、第２の層間絶縁膜６上にコンタクトホール内も
含めてＷ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ。

ＴｉＷ等の高融点金属からなるバリアメタルをスパッタ
リングで堆積し、Ｎ２雰囲気中において４５０℃〜６０
０℃程度で加熱してこのバリアメタルとこのメタルと接
触するポリシリコンとを反応させてシリサイド化させた
接触部１１を形成する。

続いて、アルミニウム膜をスパッタリングで堆積し、異
方性エツチングにより配線のパターニングを行ってバリ
アメタル層４．アルミニウム配線１．３を形成する。ア
ルミニウム膜には０．１％程度のシリコンを拡散するこ
とも可能である。次に配線を保護するパッシベーション
膜５としてＰＳＧを堆積し、そのパッド部分をエツチン
グにより開孔してパッド部のアルミニウム配線３を露出
する。パッシベーション膜はＰＳＧに限らすプラズマで
形成したＳｉ３Ｎ４等を利用しても本発明の本質には変
りはない。

高融点金属４とメツシュ状ポリシリコン１２とは接合し
てシリサイド化し絶縁膜との密着性か著しく向上する。

また、絶縁膜に形成されたメツシュ状コンタクトホール
間の絶縁物の厚い層は、ホンディング時の熱障壁となっ
て配線クラックの防止に役立つ上に、さらに、接触面積
の向上による密着強度向上になっている。また、本実施
例の方法　　。

で配線を形成すると、ゲート電極等の形成と同一の工程
で行うことができるので、特別にこのポリシリコン形成
のためのレジスト形成やエッチング等の工程を行う必要
がない利点がある。

実施例２ 前実施例と同しくシリコンゲートＮチャネルＭＯＳトラ
ンジスタを例に説明する。第３図は、そのトランジスタ
のパッド部の断面図である。

レジストパターンをマスクにしてポリシリコンを異方性
エツチングし、ポリシリコンゲート１０とこれに続くポ
リシリコン配線等を含む微細パターンを形成し、その際
に、非活性領域上のメタル配線のパッド部２に相当する
部分にポリシリコンを残すように前記微細パターンを形
成することは、実施例１と同じであるが、ポリシリコン
の形状は異なる。本実施例ではメツシュ状ポリシリコン
を用いずに、各点が結合した角状のポリシリコン１２を
利用している。形状は、角状に限らず円でも楕円状でも
よい。パッド部の形成に合わせることが最も合理的であ
る。

このあとの処理は、実施例１とほとんど変らない方法で
配線形成を行う。

この角状ポリシリコンＩ２を用いる利点は、ポリシリコ
ンの絶縁膜に対する付着強度か接触面積の増大によって
強化されており、さらに、絶縁膜に複数のコンタクトホ
ールを形成する際に実施例１はど精密度が要求されない
という利点もある。

実施例１ではメツシュ状に形成したが、各コンタクト部
のポリシリコンの形状は正方形に限る必要は全くない。

多角形、丸、楕円状等任意の形を採用できるし、同一の
形に統一する必要もない。

以上は、シリコンゲートＮチャネルＭＯ８）ランジスタ
についての例であるか、ＰＭＯ３および両者を合わせた
ＣＭＯ８，さらにＢ　１−ＣＭＯＳトランジスタでもよ
く、さらに、バイポーラトランジスタでも可能である。

要するに、基板上にシリコン層とメタル配線が存在する
半導体装置なら種類は問わない。また、半導体は、Ｓｉ
に限らず、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の他の材料にも適
用できる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明は、高融点金属を下地絶縁膜の複
数のコンタクトホールを通してシリコン層に接触させる
構造のメタル配線を用いることにより、メタル配線の下
地絶縁膜に対する密着性が向上するとともに、ボンディ
ング時のダメージを緩和して配線クラックを防止できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１の半導体装置の平面図、第
２図は、第１図の半導体装置の配線パッド部のＢ−Ｂ’
部分の断面図、第３図は、実施例２の配線パッド部の断
面図、第４図は、従来例の半導体装置の平面図、第５図
は、第４図の半導体装置の配線パッド部のＡ−Ａ’部分
の断面図である。 １・・・メタル配線、 ２・・・パッド部、 ３・・・パッド部のメタル配線、 ４・・・高融点金属、 ５・・・パッシベーション膜、 ６・・・第２の層間絶縁膜、 ７・・・第１の層間絶縁膜、 ８・・・フィールド絶縁膜、 ９・・・半導体基板、 １０・・・ゲート電極、 １１・・・高融点金属−シリコン接触部、１２・・・ポ
リシリコン層、 ２０・・・活性領域。 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） 茅　１　図 弗　２　図 第　３ＴＩ！Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上の絶縁膜に高融点金属を介して形成され
   たメタル配線を具備した半導体装置において、前記メタ
   ル配線のパッド部の下の前記絶縁膜の下に、前記メタル
   配線下の高融点金属とは複数箇所で接合しており、他の
   配線とは孤立しているシリコン層を具備していることを
   特徴とする半導体装置。