JPH06163719A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH06163719A
JPH06163719A JP31750892A JP31750892A JPH06163719A JP H06163719 A JPH06163719 A JP H06163719A JP 31750892 A JP31750892 A JP 31750892A JP 31750892 A JP31750892 A JP 31750892A JP H06163719 A JPH06163719 A JP H06163719A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
silicon
pure
contact hole
contact
Prior art date
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Pending
Application number
JP31750892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Okabe
克也 岡部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP31750892A priority Critical patent/JPH06163719A/en
Publication of JPH06163719A publication Critical patent/JPH06163719A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To suppress the generation of silicon nodules by providing a laminated structure of pure Al and Al-Si. CONSTITUTION:A contact hole is formed. A thin, pure Al layer 13 and an All-Si layer 14 are sequentially formed on the entire surface. The pure Al layer 13 and the Al-Si layer 14 undergo hot etching at the same time, and a first-layer electrode wiring 5 is formed. Annealing is performed, and the ohmic junction is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンノジュールの
発生を押さえた微細化コンタクトホールを具備する半導
体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a miniaturized contact hole which suppresses the generation of silicon nodules.

【0002】[0002]

【従来の技術】IC,LSIなどの分野では、配線材料
としてアルミニウム中に1〜2重量%のシリコン(S
i)を含有するアルミニウム・シリコン(Al−Si)
が多用されている。ところが、デバイスの微細化ととも
に配線と拡散領域との電気的接続を取るためのコンタク
トホールの微細化も進み、現在では2.0mm×2.0
mm以下の大きさが要求されている。微細化がここまで
進むと、図6に示すようにAl−Si電極(1)中のシ
リコンがコンタクトホール内にエピタキシャル成長して
シリコンノジュール(2)を形成し、成長したシリコン
ノジュールがコンタクト面を塞いでしまうためにコンタ
クト抵抗が増大する欠点があった。特に半導体集積回路
内では、P型拡散領域の方が低い不純物濃度に設定され
ることが多いため、N型よりP型拡散領域のコンタクト
抵抗が問題になる。
2. Description of the Related Art In the field of IC, LSI, etc., 1 to 2% by weight of silicon (S
Aluminum silicon containing (i) (Al-Si)
Is often used. However, with the miniaturization of devices, the miniaturization of contact holes for electrical connection between wiring and diffusion regions has progressed, and at present 2.0 mm × 2.0 mm.
A size of mm or less is required. As the miniaturization progresses to this point, as shown in FIG. 6, silicon in the Al-Si electrode (1) epitaxially grows in the contact hole to form a silicon nodule (2), and the grown silicon nodule blocks the contact surface. Therefore, there is a drawback that the contact resistance increases. Particularly in semiconductor integrated circuits, the P-type diffusion region is often set to a lower impurity concentration, so that the contact resistance of the P-type diffusion region becomes more problematic than that of the N-type.

【0003】そこで、例えば特開平01−312868
号公報に記載されているように、アルミ電極(1)と基
板(3)との間に、Mo−Si、W−Si等のバリアメ
タルを介在させてシリコン結晶面を覆うことにより、シ
リコンノジュールの発生を防止することが一般的に行わ
れている。
Therefore, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 01-312868.
As described in Japanese Patent Publication No. JP-A-2003-242242, a silicon metal surface is covered with a barrier metal such as Mo-Si or W-Si between the aluminum electrode (1) and the substrate (3) to cover the silicon crystal surface. It is common practice to prevent the occurrence of

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バリア
メタルを用いることはそれ専用の設備(スパッタ装置な
ど)を必要とし、シリコンとの選択性の悪さを要因とし
て工程が複雑になるためコスト高である欠点があった。
そのため、アルミニウムを主体としながらシリコンノジ
ュールの発生を押さえる手法が望まれていた。
However, the use of the barrier metal requires a facility (sputtering device, etc.) dedicated to the barrier metal, and the process becomes complicated due to the poor selectivity with respect to silicon, resulting in high cost. There was a flaw.
Therefore, a method of suppressing the generation of silicon nodules while mainly using aluminum has been desired.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来の
欠点を鑑み成されたもので、コンタクトホールを形成し
た後、先ずシリコンを含まない純枠なアルミニウム層を
形成し、その上にシリコンを含むアルミニウム・シリコ
ン層を形成し、両者を同時にホトエッチして積層構造の
1層目電極配線を形成し、ウェハをアニールして全ての
オーミック電極を形成することにより、アルミと主体と
する構成でシリコンノジュールの発生を抑制した半導体
装置の製造方法を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional drawbacks. After forming a contact hole, first, a pure frame aluminum layer containing no silicon is formed, and then a silicon layer is formed thereon. By forming a layer of aluminum and silicon containing silicon, and photoetching both at the same time to form the first-layer electrode wiring of the laminated structure, and annealing the wafer to form all ohmic electrodes, a structure mainly composed of aluminum is formed. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device in which generation of silicon nodules is suppressed.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば、コンタクトホール(12)内
のシリコン結晶面に純枠Al層(13)が接触し、Si
ノジュール(2)の原料となるシリコンを含むAl−S
i層(14)は純枠Al層(13)の上になる。従っ
て、アニール時にAl−Si層(14)のシリコン原子
がSiノジュール(2)として析出するためには一担純
枠Al層(13)を拡散しなければならず、同じアニー
ル処理を行ったとしても本願の方が拡散のライムラグが
あるために析出量が小さくなる。また、同じ膜厚とすれ
ばコンタクトホール(12)上に存在するシリコン原子
の総量が少なくなるので、析出量を少なくできる。
According to the present invention, the pure frame Al layer (13) is brought into contact with the silicon crystal plane in the contact hole (12), and Si
Al-S containing silicon as a raw material of nodules (2)
The i layer (14) is on the pure frame Al layer (13). Therefore, in order for the silicon atoms of the Al-Si layer (14) to deposit as Si nodules (2) during annealing, the pure frame Al layer (13) must be diffused, and the same annealing treatment is performed. However, in the case of the present application, the amount of precipitation is smaller due to the diffusion lime lag. Further, if the film thickness is the same, the total amount of silicon atoms existing on the contact hole (12) is reduced, so that the amount of precipitation can be reduced.

【0007】[0007]

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。まず図1を参照して、回路素子形成
のためにP型またはN型の拡散領域を多数形成した基板
(10)の表面をシリコン酸化膜(11)で被覆し、ホ
トレジストを用いた通常のホトエッチングプロセスによ
りシリコン酸化膜(11)にコンタクトホール(12)
を形成する。コンタクトホール(12)内には前記P型
またはN型拡散領域が露出することになる。尚、基板
(10)はBIP−ICなどのエピタキシャル層でもよ
い。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, referring to FIG. 1, the surface of a substrate (10) on which a large number of P-type or N-type diffusion regions are formed for forming a circuit element is covered with a silicon oxide film (11), and a normal photoresist using a photoresist is used. Contact hole (12) in silicon oxide film (11) by etching process
To form. The P-type or N-type diffusion region is exposed in the contact hole (12). The substrate (10) may be an epitaxial layer such as BIP-IC.

【0008】シリコン酸化膜のエッチングは、沸酸緩衝
液(バッファー沸酸)または反応性イオンエッチング
(RIE)などにより行われる。実際の工程では、エッ
チング後に水洗、乾燥を行い、次工程が施されるまでの
間空気に晒されることになる。そのためコンタクトホー
ル(12)内のシリコン表面には数十Åの自然酸化膜が
形成され、このままではオーミックコンタクトの障害に
なるので、電極材料を堆積する直前に前記酸化膜を除去
するためのプリエッチを行う。プリエッチは、沸酸緩衝
液で数十秒エッチングすることによって行われ、その後
再度水洗と乾燥が行われる。
The etching of the silicon oxide film is performed by a hydrofluoric acid buffer solution (buffer hydrofluoric acid) or reactive ion etching (RIE). In the actual process, the substrate is washed with water and dried after etching, and exposed to air until the next process is performed. Therefore, several tens of liters of natural oxide film is formed on the silicon surface in the contact hole (12), and if it remains as it is, it will become an obstacle to ohmic contact. To do. The pre-etching is performed by etching with a hydrofluoric acid buffer solution for several tens of seconds, and then washing with water and drying are performed again.

【0009】図2を参照して、自然酸化膜が成長しない
よう、プリエッチ後直ちにウェハ全面にスパッタ法によ
るシリコンを含まない純枠なAl層(13)の堆積を行
う。膜厚は0.1〜0.3μmである。図3を参照し
て、純枠Al層(13)の上に全面にシリコンを1〜2
重量%含むAl−Si層(14)を同じくスパッタ法に
より堆積する。膜厚は1.0〜1.2μmである。
Referring to FIG. 2, a pure frame Al layer (13) containing no silicon is deposited on the entire surface of the wafer immediately after pre-etching so that a natural oxide film does not grow. The film thickness is 0.1 to 0.3 μm. Referring to FIG. 3, 1 to 2 of silicon is formed on the entire surface of the pure frame Al layer (13).
An Al-Si layer (14) containing wt% is similarly deposited by the sputtering method. The film thickness is 1.0 to 1.2 μm.

【0010】図4を参照して、Al−Si層(14)の
上にホトレジストを塗布し、ホトマスクを用いてパター
ンを露光・現像し、純枠Al層(13)とAl−Si層
(14)とを同時的にエッチングすることにより1層目
電極配線(15)を形成する。この1層目電極配線(1
5)は、シリコン表面にコンタクトする全てのオーミッ
ク電極を構成する。1層目電極配線(15)の形成以降
は、必要に応じて層間絶縁膜の形成、2層目電極配線の
形成へと続くが、2層目以降はAl−Si単層構造とな
る。
Referring to FIG. 4, a photoresist is applied on the Al-Si layer (14), the pattern is exposed and developed using a photomask, and a pure frame Al layer (13) and an Al-Si layer (14) are formed. ) And are simultaneously etched to form the first-layer electrode wiring (15). This first layer electrode wiring (1
5) constitutes all ohmic electrodes in contact with the silicon surface. After the formation of the first-layer electrode wiring (15), if necessary, the formation of the interlayer insulating film and the formation of the second-layer electrode wiring are continued, but the second-layer and the subsequent layers have the Al-Si single layer structure.

【0011】そして、製造工程の最終段階において、4
00℃数時間のアニール処理を与えることにより、1層
目電極配線(15)とシリコン表面とのオーミック接合
をとる。上記アニール処理において、コンタクトホール
(12)内にシリコン結晶面が露出していること、およ
び1層目電極配線(15)のAl−Si層(14)中に
シリコン原子が存在することから、コンタクトホール
(12)内にシリコン原子が析出してシリコンノジュー
ルを形成する。但し、シリコン原子が析出するためには
Al−Si層(14)中のシリコン原子が一担純枠Al
層(13)を拡散してからとなり、拡散する時間がタイ
ムラグとなるので、従来例と同じ時間のアニール処理を
行っても本願の方が析出量を少なくできる。また、1層
目電極配線(15)の膜厚とAl−Si層(14)のシ
リコン濃度を従来例と同じにしておけば、純枠Al層
(14)が存在する分だけ本願は電極配線のシリコン濃
度を低下させたことと等価になる。シリコンノジュール
の析出量はコンタクトホール(12)上に存在するシリ
コン原子の総量に等しいので、シリコン濃度を低下させ
た分、本願の方が析出量を少なくできるのである。
At the final stage of the manufacturing process, 4
By performing annealing treatment at 00 ° C. for several hours, ohmic contact between the first layer electrode wiring (15) and the silicon surface is obtained. In the above annealing treatment, the silicon crystal plane is exposed in the contact hole (12) and the silicon atom is present in the Al-Si layer (14) of the first-layer electrode wiring (15). Silicon atoms are deposited in the holes (12) to form silicon nodules. However, in order for silicon atoms to be deposited, the silicon atoms in the Al-Si layer (14) play a part in pure frame Al.
After the layer (13) is diffused, the diffusion time becomes a time lag. Therefore, even if the annealing treatment is performed for the same time as the conventional example, the present invention can reduce the amount of precipitation. In addition, if the film thickness of the first-layer electrode wiring (15) and the silicon concentration of the Al-Si layer (14) are the same as those of the conventional example, the present invention is concerned with the electrode wiring because the pure frame Al layer (14) is present. It is equivalent to lowering the silicon concentration of. The deposition amount of silicon nodules is equal to the total amount of silicon atoms existing on the contact holes (12), and therefore the deposition amount of the present invention can be reduced by the amount corresponding to the reduction of the silicon concentration.

【0012】尚、Al−Si層(14)のシリコンは、
アロイスパイクの発生を抑えると同時にエッチング時の
加工性、所謂きれの点で純枠Alより有利である。従っ
てAl−Si層(14)のシリコン濃度はある一定値以
下には下げられない。本願は、下地の純枠Al層(1
3)の膜厚を0.1〜0.2μと極めて薄くしてあるの
で、シリコン濃度が必要以下に下がることもないし、ま
た膜厚が薄いからエッチングの加工性を劣化させること
もない。
The silicon of the Al-Si layer (14) is
It is more advantageous than pure frame Al in terms of workability during etching, so-called cracking, while suppressing the generation of alloy spikes. Therefore, the silicon concentration of the Al-Si layer (14) cannot be lowered below a certain value. The present application describes a pure frame Al layer (1
Since the film thickness of 3) is extremely thin, 0.1 to 0.2 μm, the silicon concentration does not drop below the required level, and the thin film thickness does not deteriorate the workability of etching.

【0013】図5は従来法と本願とのコンタクト抵抗と
そのばらつきを比較した図である。コンタクトホール
(12)の大きさは1.6μ×1.6μで、従来法はバ
イアメタルを用いないAl−Siのみの通常プロセスで
ある。具体的には、N型コンタクトはNPNトランジス
タのエミッタ、またはNチャンネル型MOSトランジス
タのソース・ドレイン領域、P型コンタクトはPチャン
ネル型MOSトランジスタのソース・ドレイン領域であ
る。不純物濃度が高いため、およびバリアハイトの関係
で、N型コンタクトではコンタクト抵抗、ばらつき共に
大差はない。但し従来法で時に見られたシリコンノジュ
ールによるコンタクトホールの埋没は一切みられなかっ
た。P型コンタクトで比較すると、コンタクト抵抗が8
6.0Ωから70.7Ωと15Ωの低下が見られ、そし
てコンタクト抵抗のばらつき(δ/x)が33.4%か
ら21.1%と大幅に改善できている。もちろん、シリ
コンノジュールによるコンタクトホールの埋没は見られ
なかった。
FIG. 5 is a diagram comparing the contact resistance and the variation thereof between the conventional method and the present application. The size of the contact hole (12) is 1.6 μ × 1.6 μ, and the conventional method is a normal process using only Al—Si without using via metal. Specifically, the N-type contact is the emitter of the NPN transistor or the source / drain region of the N-channel MOS transistor, and the P-type contact is the source / drain region of the P-channel MOS transistor. Due to the high impurity concentration and the barrier height, the N-type contact has no great difference in contact resistance and variation. However, the burying of contact holes due to silicon nodules that was sometimes seen in the conventional method was not observed at all. Compared with P-type contact, the contact resistance is 8
A decrease of 15Ω from 6.0Ω to 70.7Ω was observed, and the variation (δ / x) in contact resistance was significantly improved from 33.4% to 21.1%. Of course, the contact holes were not buried by the silicon nodules.

【0014】このように、本願発明はシリコンノジュー
ル(2)の発生を抑えることにより、P型、N型共に良
好なコンタクトをばらつき無く安定に得られるものであ
る。尚、特開昭56−23774号公報にpureAl層と
Al−Si層とを積層した電極構造が記載されている
が、これはショットキー接合部分のみの改良であって、
本願のようにオーミック電極全てを積層構造にするもの
ではない。
As described above, according to the present invention, by suppressing the generation of silicon nodules (2), good contacts for both P-type and N-type can be stably obtained without variation. Incidentally, JP-A-56-23774 discloses an electrode structure in which a pure Al layer and an Al-Si layer are laminated, but this is an improvement only in the Schottky junction portion.
Unlike the present application, not all ohmic electrodes have a laminated structure.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によればシ
リコンノジュールの析出を抑制してコンタクト抵抗とそ
のばらつきを大幅に改善できる利点を有する。また、バ
リアメタル等の特殊金属を用いず、AlとAl−Siと
いう最も一般的な素材を用いるので、製造工程をそれ程
複雑にせずに済むという利点をも有する。
As described above, according to the present invention, there is an advantage that the deposition of silicon nodules can be suppressed and the contact resistance and its variation can be greatly improved. Moreover, since the most common materials such as Al and Al-Si are used without using a special metal such as a barrier metal, there is an advantage that the manufacturing process is not so complicated.

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

【図1】本発明を説明するための第1の断面図である。FIG. 1 is a first sectional view for explaining the present invention.

【図2】本発明を説明するための第2の断面図である。FIG. 2 is a second cross-sectional view for explaining the present invention.

【図3】本発明を説明するための第3の断面図である。FIG. 3 is a third sectional view for explaining the present invention.

【図4】本発明を説明するための第4の断面図である。FIG. 4 is a fourth sectional view for explaining the present invention.

【図5】本願と従来例とを比較するための図である。FIG. 5 is a diagram for comparing the present application and a conventional example.

【図6】従来例を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a conventional example.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体領域の表面を被覆する絶縁膜にコ
ンタクトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホール内に露出した半導体領域の表面を
シリコンを含まない純枠なアルミニウム層で被覆する工
程と、 前記純枠なアルミニウム層の上にシリコンを含むアルミ
ニウム・シリコン層で被覆する工程と、 前記アルミニウム層と前記アルミニウム・シリコン層と
を同時にホトエッチングして1層目電極配線を形成する
工程と、 全体をアニールしてチップの全オーミック電極を形成す
る工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A step of forming a contact hole in an insulating film covering a surface of a semiconductor region, and a step of covering the surface of the semiconductor region exposed in the contact hole with a pure frame aluminum layer containing no silicon, A step of covering the pure aluminum layer with an aluminum / silicon layer containing silicon, and a step of photoetching the aluminum layer and the aluminum / silicon layer simultaneously to form a first-layer electrode wiring; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of annealing the above to form all ohmic electrodes of the chip.
JP31750892A 1992-11-26 1992-11-26 Manufacture of semiconductor device Pending JPH06163719A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9437700B2 (en) 2014-03-26 2016-09-06 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9437700B2 (en) 2014-03-26 2016-09-06 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Semiconductor device

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