JPH04273127A - 半導体装置および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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置および半導
体装置の製造方法に係り、特に、コンタクトホール内の
配線層の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は従来の半導体装置の一例を示す
図である。図中、半導体基板１の上には第１の絶縁層２
が形成され、第１の絶縁層２にはコンタクトホール３が
開口され、コンタクトホール３内に配線層４がスパッタ
法等により埋め込み形成されている。また、コンタクト
ホール３内の配線層４に凹み５が形成され、この凹み５
の上に第２の絶縁層６が形成される。このような従来の
半導体装置では、配線層４のステップカバレッジの状態
が良好ではなく、コンタクトホール３の底の隅部の配線
層４の薄厚部分では電流密度が増してエレクトロマイグ
レーションの問題が生じやすかった。また、凹み５の部
分を第２の絶縁層６により完全に覆うことが困難であっ
たため、極端な場合には空隙部８が生じる等して凹み５
の部分の耐湿性や絶縁性の低下を招いていた。

【０００３】このような問題を解決する手段のうち、配
線層４形成時にステップカバレッジを改善する方法とし
て、バイアス・スパッタ法と呼ばれるスパッタ法が提案
・実現されている。このバイアス・スパッタ法とは、ス
パッタにより配線層４を形成する際に、基板１側にもｒ
ｆバイアスを加え、スパッタとエッチングを同時進行さ
せることにより段部の形成をなだらかにする方法である
。

【０００４】また、配線層４を形成した後に凹み５を埋
めてステップカバレッジを改善する方法として、ハロゲ
ン化銀等の液体金属錯体をコンタクトホール３内を埋め
るようにして第１の絶縁層２上に塗布し、所定領域のみ
を開放した状態で光・放射線等を照射することで、この
所定領域のみ金属を析出させて配線層４を形成するよう
な手段が提案されている（特開昭６３−２６６８７０号
公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たバイアス・スパッタ法では、Ａｌ配線層４の表面の平
坦性が良好でなく、写真食刻時のマスク合せに支障をき
たしたり、エレクトロマイグレーションにより寿命が低
下したり、この配線層４の表面に形成する膜の形成速度
が低下したり、スパッタ処理条件の管理が複雑である等
多くの弊害が生ずることが知られている。

【０００６】また、特開昭６３−２６６８７０号公報に
示された手段では、図１６に示す凹み５のようなオーバ
ーハング部のように光等による露光が行えない部分が存
在する場合、その部分は液体金属のままで残ることにな
り、所期の目的を達成できないおそれがある。また、銀
等の重金属は、半導体領域に直接接触するとこの半導体
領域に欠陥を生じさせ、デバイス特性を劣化させるため
、半導体領域への配線層４には使用できない、という問
題がある。

【０００７】本発明の目的は、コンタクトホール内の配
線層に生じていたエレクトロマイグレーションの問題を
解決することは勿論、複雑な形状のコンタクトホールで
あっても確実に配線層の形成が行え、配線層の表面の平
坦性が良好で、しかも半導体領域へ直接配線層を形成す
ることが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１実施例を示す図１に
対応づけて本発明を説明すると、本発明は、半導体基板
１の表面を覆う絶縁層１９の一部を開口してコンタクト
ホール２２が形成され、このコンタクトホール２２内お
よび前記絶縁層１９上に導体からなる配線層２３が形成
された半導体装置１８に適用される。そして、上述した
目的は、コンタクトホール２２内の配線層２３の少なく
とも一部を金属石鹸層２５で形成することにより達成さ
れる。また、本発明に係る半導体装置１８の請求項２の
製造方法は、半導体基板１の表面を絶縁層１９で覆う工
程と、この絶縁層１９の一部を開口してコンタクトホー
ル２２を形成する工程と、このコンタクトホール２２内
および前記絶縁層１９上に導体からなる配線層２３を形
成する工程と、コンタクトホール２２内に配線層２３を
形成した際に生じる配線層２３の凹み２４内に液体状金
属石鹸を塗布した後、この液体状金属石鹸を固相化する
工程とを備えたことを特徴とする。同様に、第２実施例
を示す図５に対応づけて本発明を説明すると、本発明に
係る半導体装置の請求項３の製造方法は、半導体基板３
１の表面を絶縁層３８で覆う工程と、この絶縁層３８の
一部を開口してコンタクトホール３９を形成する工程と
、このコンタクトホール３９内および前記絶縁層３８上
に液体状金属石鹸を塗布した後、この液体状金属石鹸を
固相化して配線層４０を形成する工程とを備えたことを
特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、コンタクトホール２２内の配線層
２３の少なくとも一部が金属石鹸層２５で形成されてい
るので、このコンタクトホール２２内の配線層２３を全
体として平坦化することができる。

【００１０】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。 −第１の実施例− 図１は、本発明の半導体装置が適用されるＭＯＳ型トラ
ンジスタの一実施例を示す断面図である。この図におい
て、１１は半導体基板、１２はフィールド酸化膜であり
、この酸化膜１２により半導体基板１１の所定領域が囲
繞されて素子領域１３が形成されている。１４はゲート
酸化膜、１５はゲート電極、１６および１７はそれぞれ
ゲート電極１５の両側に相当する基板１１の表面内に形
成されたソース領域およびドレイン領域であり、これら
ゲート電極１５、ソース領域１６およびドレイン領域１
７によりＭＯＳ型トランジスタ１８が半導体基板１１上
に形成されている。

【００１２】１９はＭＯＳ型トランジスタ１８およびフ
ィールド酸化膜１２の全体を覆うように形成された第１
の絶縁層であり、この絶縁層１９は、一例として１５０
０Å厚のＮＳＧ（Ｎｏｎ　ｄｏｐｅｄ　Ｓｉｌｉｃａｔ
ｅ　Ｇｌａｓｓ：シリケイト・ガラス）層２０およびこ
のＮＳＧ層２０上に形成された一例として５５００Å厚
のＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃ
ａｔｅ　Ｇｌａｓｓ：ボロン・リン・シリケイト・ガラ
ス）層２１から構成されている。２２は、ゲート電極１
５、ソース領域１６およびドレイン領域１７の各上方に
相当する第１の絶縁層１９に開口されたコンタクトホー
ルである。

【００１３】２３は第１の絶縁層１９およびコンタクト
ホール２２内に形成された配線層としてのＡｌＳｉ合金
層であり、２４は各コンタクトホール２２内の配線層２
３に形成された凹みである。また、２５は各凹み２４を
埋めるように配線層２３表面上に形成された金属石鹸層
、２６は金属石鹸層２５等の上面に形成された第２の絶
縁層である。

【００１４】ここで、金属石鹸とは脂肪酸、樹脂酸、ナ
フテン酸などとアルカリ塩以外の金属塩との化合物をい
う。

【００１５】次に、図２〜図４を参照して、本発明の半
導体装置の製造方法が適用されるＭＯＳ型トランジスタ
１８の製造方法の一実施例を説明する。まず、図２に示
すように、半導体基板１１上の所定領域をフィールド酸
化膜１２で囲むことで素子領域１３を形成し、この素子
領域１３の表面にゲート酸化膜１４を介してゲート電極
１５を形成し、このゲート電極１５の両側にソース領域
１６およびドレイン領域１７を形成することにより、Ｍ
ＯＳ型トランジスタ１８を半導体基板１１上に形成する
。次に、ＭＯＳ型トランジスタ１８およびフィールド酸
化膜１２を覆うように、ＮＳＧ層２０およびＢＰＳＧ層
２１を順次積層することで、第１の絶縁層１９を形成す
る。さらに、ゲート電極１５、ソース領域１６およびド
レイン領域１７の各上方に相当する第１の絶縁層１９に
コンタクトホール２２を開口する。

【００１６】次に、図３に示すように、ＡｌＳｉ合金層
（配線層）２３をスパッタリング法により第１の絶縁層
１９およびコンタクトホール２２内に形成する。この際
、各コンタクトホール２２内の配線層２３には凹み２４
が形成されることになる。以上の工程は、従来の半導体
装置の製造方法と同様である。

【００１７】さらに、図４に示すように、各凹み２４を
埋めるように配線層２３表面全体の上に液体状金属石鹸
を塗布し、この塗布した液体状金属石鹸を固相化して金
属石鹸層２５を形成し、この金属石鹸層２５により各凹
み２４を充填するとともに、コンタクトホール２２部分
以外の配線層２３の表面を薄く覆う。

【００１８】液体状金属石鹸として、有機溶剤と混合し
た高級脂肪酸金属化合物等の脂肪酸メタルが好適に挙げ
られる。この実施例では、オクチル酸モリブデンのキシ
レン希釈液（日本鉱業株式会社製、製品名ＯＭＸ、Ｍｏ
含有量３．６％）をウエハ上に１ｃｃ滴下し、回転数１
０００ｒｐｍ　でスピンコートした。この際、キシレン
により希釈度を調整することにより、液体状金属石鹸の
粘度を最適の状態に制御することができる。その後、減
圧下にて３６０〜５４０℃で約１時間加熱し、液体状オ
クチル酸モリブデンのキシレン希釈液を熱分解して金属
石鹸層２５を形成した。このような金属石鹸層２５は、
オクチル酸モリブデンが熱分解されることにより、金属
、金属酸化物、金属カーバイドおよびカーボンの混合固
溶体となり、導電性を示す。

【００１９】特に、液体状金属石鹸は、表面張力が低い
ために凹み２４の微細部分まで容易に入り込み、かつ凹
み２４内に多量に溜まるため、この凹み２４を容易に充
填することができる。

【００２０】そして、配線層２３および金属石鹸層２５
をパターニングした後、第２の絶縁層２６を形成して、
図１に示すような半導体装置が製造される。

【００２１】従って、本実施例では、金属石鹸層２５に
よりコンタクトホール２２内の配線層２３の凹み２４内
を充填しているので、このコンタクトホール２２内の電
流経路が拡大して電流密度が低下し、エレクトロマイグ
レーションに対する耐性を向上させることができる。ま
た、凹み２４が金属石鹸層２５により埋められて平坦化
され、その表面の平坦性も良好であるので、その上に形
成する第２の絶縁層２６の耐湿性や絶縁性に対する信頼
性が向上するとともに、マスク合せが容易であり、膜形
成速度の低下を招くことがない、といった利点もある。 また、液体状金属石鹸のスピンコートによる塗布および
その後の加熱という簡単な工程により金属石鹸層２５を
得ることができる、という利点もある。

【００２２】さらに、液体状金属石鹸を熱分解により固
相化して金属石鹸層２５を形成しており、従来の光・放
射線の照射による配線層の形成のように配線層が形成さ
れない部分が生じるおそれがない。しかも、重金属が直
接半導体基板に接触して欠陥を生じさせるといった問題
もない。

【００２３】−第２の実施例− 次に、図５は本発明の半導体装置が適用されるヒューズ
内蔵ＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。この図において
、３１はＯＮ抵抗を下げるためにイオンが高濃度に拡散
されたＮ＋型半導体基板、３２はこの基板３１上に成長
させられた数μｍ程度のＮ形エピタキシャル層であり、
このエピタキシャル層３２内に素子（ＭＯＳＦＥＴ）が
形成される。３３はエピタキシャル層３２上に形成され
たゲート酸化膜、３４はゲート電極、３５はエピタキシ
ャル層３２内に形成されたチャネル領域（Ｐ形拡散領域
）、３６はこのチャネル領域３５上に形成されたソース
領域（Ｎ＋拡散領域）であり、これらエピタキシャル層
３２、ゲート電極３４、チャネル領域３５、ソース領域
３６によりＭＯＳＦＥＴ３７が構成されている。

【００２４】また、３８はエピタキシャル層３２および
ゲート電極３４を覆うようにして形成された、一例とし
て数千Å程度の厚さのＰＳＧからなる第１の絶縁層であ
り、この絶縁層３８には、ソース領域３６の上方に相当
する部分が開口されてコンタクトホール３９が形成され
ている。

【００２５】４０は、コンタクトホール３９内を埋める
ように第１の絶縁層３８を覆って形成された第１の配線
層であり、この配線層４０は金属石鹸から形成されてい
る。この配線層４０のうち、コンタクトホール３９内と
第２の配線層４３のコンタクトホ−ル５０とを結ぶ部分
４１はＭＯＳＦＥＴ３７に対するヒューズとして作用す
る。

【００２６】なお、４２は第１の配線層４０および第１
の絶縁層３８を覆って形成された第２の絶縁層、４３は
第２の絶縁層４２上に形成されたＡｌ等の低抵抗率の物
質からなる第２の配線層、４４は半導体基板３１の裏面
に形成された裏面電極である。このように、配線層を２
層にわたって設けるのは、後述の如く第１の配線層４０
のみでは非常に配線抵抗が大きくなってしまうからであ
る。

【００２７】次に、図６〜図１５を参照して、本発明の
半導体装置の製造方法が適用されるＭＯＳＦＥＴの製造
方法の一実施例について説明する。まず、図６に示すよ
うに、Ｓｂが高濃度（抵抗率約０．０１５Ωｃｍ）にド
ープされた半導体（Ｓｉ）基板３１上に低濃度（抵抗率
約１０Ωｃｍ）のＮ形エピタキシャル層３２を形成する
。

【００２８】次に、図７に示すように、エピタキシャル
層３２の表面を酸化してゲート酸化膜３３を形成し、こ
の酸化膜３３上にＣＶＤ法によりポリ−Ｓｉを一例とし
て数千Å程度堆積させる。次いで、このポリ−Ｓｉをパ
ターニングしてゲート電極３４を形成し、その後ゲート
電極３４の表面も酸化する。

【００２９】次に、図８に示すように、ゲート電極３４
間のエピタキシャル層３２にイオンを注入し、熱拡散に
よりチャネル領域３５を形成する。同様の方法で、図９
に示すように、ソース領域３６もチャネル領域３５上に
形成する。この後、図１０に示すように、ソース領域３
６上方のゲート酸化膜３３をエッチングにより除去した
後、ＰＳＧからなる第１の絶縁層３８を堆積し、同様に
エッチングによりソース領域３６上方の絶縁層３８を除
去することでコンタクトホール３９を形成する。

【００３０】次に、図１１に示すように、コンタクトホ
ール３９を埋めるように第１の絶縁層３８上に液体状金
属石鹸を塗布し、この塗布した液体状金属石鹸を固相化
して第１の配線層４０を形成する。液体状金属石鹸とし
ては、有機溶剤と混合した脂肪酸メタルが好適に挙げら
れる。本実施例では、前述した実施例と同様に、オクチ
ル酸モリブデンのキシレン希釈液（例えば、日本鉱業株
式会社製、製品名ＯＭＸ）をウエハ上に滴下し、回転数
１０００〜２０００ｒｐｍ　でスピンコートした。その
後、真空中にて５００℃で約１時間加熱することで、液
体状オクチル酸モリブデンのキシレン希釈液を熱分解し
て金属石鹸層を形成した。このような金属石鹸層が導電
性を有することは既述の通りである。この後、図１５に
示すようなパターニングにより不要な部分を除去するこ
とで、第１の配線層４０が形成される。

【００３１】さらに、図１２に示すように、第１の配線
層４０上に第２の絶縁層４２を堆積した後、エッチング
により一部を取り除いてコンタクトホール５０を形成す
る。そして、図１３に示すように、この第２の絶縁層４
２上にＡｌ層をスパッタリングにより形成し、第２の配
線層４３を形成する。最後に、図１４に示すように、裏
面電極４４を形成すれば、図５に示すようなＭＯＳＦＥ
Ｔ３７が製造できる。

【００３２】以上のような構成のＭＯＳＦＥＴ３７では
、ゲート電極３４に電圧を印加するとゲート酸化膜３３
を介してチャネル領域３５に電界がかかって反転層がで
き、ソース拡散層３６とエピタキシャル層３２との間に
電流が流れる。この際、第１の配線層４０はスピンオン
により形成されているために、そのステップカバレージ
が良好であり、コンタクトホール３９、５０間を結ぶ部
分４１が最も電気抵抗が高くなる。従って、ＭＯＳＦＥ
Ｔ３７に過電流が流れたときには、このコンタクトホー
ル３９、５０間の配線層４１が発熱して溶断し、ヒュー
ズとして作用する。

【００３３】このようなヒューズは、図５の構成のよう
な縦型のＭＯＳＦＥＴ３７にとって非常に重要な意味を
もっている。すなわち、縦型のＭＯＳＦＥＴはエピタキ
シャル基板上に作成されることが多いので、このエピタ
キシャル層の欠陥がデバイス特性に大きな影響を及ぼす
。特に、ｐｎ接合の耐圧不良は致命的な結果をもたらす
。また、通常の動作に支障がなくても、サージ電圧が印
加された場合には局所的な接合破壊が起こる可能性があ
る。特に、大電流用のＭＯＳＦＥＴでは、電流経路（特
にドレインの）を大きく確保する必要があるため、素子
の総面積が必然的に大きくなり、ｐｎ接合面積の増加に
より上述した耐圧不良、接合破壊といった現象が起こる
可能性が高く、歩留まりの低下や不良の原因となる。そ
こで、本実施例のＭＯＳＦＥＴでは、小さなＭＯＳＦＥ
Ｔ（これをセルという）を基板上に多数形成し、セルご
とにヒューズを設ける構成としている。従って、欠陥等
により接合耐圧の低いセルはブレークダウンするために
集中的に電流が流れ、ヒューズが溶断することによりＭ
ＯＳＦＥＴ全体から切り離されることで良好なセルのみ
が残り、動作不良に対する信頼性が向上するのである。

【００３４】従って、本実施例では、ＭＯＳＦＥＴ３７
に対するヒューズを、金属石鹸からなる配線層４１で構
成しているので、ステップカバレージが良好で、安定か
つ均一なヒューズ特性が得られると共に、その膜厚の設
定も容易であり、様々なヒューズ特性を有する素子を簡
易に製造することができる。しかも、均一な特性が得ら
れることから、素子の微細化も容易である。

【００３５】さらに、従来のＭＯＳＦＥＴで用いられて
いたＡｌによるヒューズに比べて金属石鹸によるヒュー
ズはその抵抗率が大きいので、溶断し易いという利点も
有する。

【００３６】当然、前述の実施例と同様に、液体状金属
石鹸を熱分解により固相化して金属石鹸層（配線層）４
０を形成しており、従来の光・放射線の照射による配線
層の形成のように配線層が形成されない部分が生じるお
それがない。

【００３７】なお、本発明の半導体装置および半導体装
置の製造方法は、その細部が前述した実施例に限定され
ず、種々の変形例が可能である。一例として、前述した
実施例ではモリブデンを含む金属石鹸層を用いたが、こ
れに限らずＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、あるい
はＷ等を含む金属石鹸を用いてもよいし、これ以外の金
属を含む金属石鹸を用いても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、半導体装置に設けられたコンタクトホール内の配
線層を平坦化できてエレクトロマイグレーションの問題
を解決し、また、耐湿性や絶縁性の低下も防止でき、さ
らに、複雑な形状のコンタクトホールであっても確実に
配線層の形成が行える半導体装置および半導体装置の製
造方法を提供することができる。特に、請求項２の製造
方法によれば、コンタクトホール内を覆う金属導体から
なる配線層を形成した後、コンタクトホール内に生じる
配線層の凹み内に金属石鹸層を形成しているので、半導
体領域へ直接配線層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置が適用されるＭＯＳ型トラ
ンジスタの第１の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の半導体装置の製造方法が適用されるＭ
ＯＳ型トランジスタの製造方法の第１の実施例を説明す
るための工程図である。

【図３】図２に続く工程を示す工程図である。

【図４】図３に続く工程を示す工程図である。

【図５】本発明の半導体装置が適用されるヒューズ内蔵
ＭＯＳＦＥＴの第２の実施例を示す断面図である。

【図６】本発明の半導体装置の製造方法が適用されるヒ
ューズ内蔵ＭＯＳＦＥＴの製造方法の第２の実施例を説
明するための工程図である。

【図７】図６に続く工程を説明するための工程図である
。

【図８】図７に続く工程を説明するための工程図である
。

【図９】図８に続く工程を説明するための工程図である
。

【図１０】図９に続く工程を説明するための工程図であ
る。

【図１１】図１０に続く工程を説明するための工程図で
ある。

【図１２】図１１に続く工程を説明するための工程図で
ある。

【図１３】図１２に続く工程を説明するための工程図で
ある。

【図１４】図１３に続く工程を説明するための工程図で
ある。

【図１５】図５に示す一実施例の第１の配線層のパター
ニングを示す平面図である。

【図１６】従来の半導体装置の一例を示す断面図である
。

【符号の説明】 １　　半導体基板 １８　　ＭＯＳ型トランジスタ １９　　第１の絶縁層 ２２　　コンタクトホール ２３　　配線層 ２４　　凹み ２５　　金属石鹸層 ３１　　半導体基板 ３７　　ＭＯＳＦＥＴ ３８　　第１の絶縁層 ３９　　コンタクトホール ４０　　第１の配線層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板の表面を覆う絶縁層の一部
   を開口してコンタクトホールが形成され、このコンタク
   トホール内および前記絶縁層上に導体からなる配線層が
   形成された半導体装置において、前記コンタクトホール
   内の配線層の少なくとも一部が金属石鹸層で形成されて
   いることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】　　半導体基板の表面を絶縁層で覆う工程
   と、この絶縁層の一部を開口してコンタクトホールを形
   成する工程と、このコンタクトホール内および前記絶縁
   層上に導体からなる配線層を形成する工程と、コンタク
   トホール内に配線層を形成した際に生じる配線層の凹み
   内に液体状金属石鹸を塗布した後、この液体状金属石鹸
   を固相化する工程とを備えたことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
3. 【請求項３】　　半導体基板の表面を絶縁層で覆う工程
   と、この絶縁層の一部を開口してコンタクトホールを形
   成する工程と、このコンタクトホール内および前記絶縁
   層上に液体状金属石鹸を塗布した後、この液体状金属石
   鹸を固相化して配線層を形成する工程とを備えたことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。