JPH0677162A - 半導体装置とその製法 - Google Patents

半導体装置とその製法

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JPH0677162A
JPH0677162A JP25229992A JP25229992A JPH0677162A JP H0677162 A JPH0677162 A JP H0677162A JP 25229992 A JP25229992 A JP 25229992A JP 25229992 A JP25229992 A JP 25229992A JP H0677162 A JPH0677162 A JP H0677162A
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JP
Japan
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layer
contact
barrier layer
insulating film
impurity
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JP25229992A
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English (en)
Inventor
Takahisa Yamaha
隆久 山葉
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細なAl系コンタクトを有する半導体装置
において、Alの基板への突き抜けを防止する。 【構成】 P型Siからなる半導体基板10の表面に形
成されたN+ 型ソース領域30Sの上にTiN/Ti等
からなる島状のコンタクトバリア層32Sを形成した
後、基板上面に層間絶縁膜34を形成し、絶縁膜34に
は、バリア層32Sの一部に対応したコンタクト孔34
Sを形成する。そして、コンタクト孔34Sを介してバ
リア層32Sに接続されるように絶縁膜34の上にAl
又はAl合金からなる配線層38Sを形成する。配線層
38Sの下にコンタクトバリア層36Sを設けてもよ
い。バリア層32Sは、バリア層36Sの被覆性が不十
分であっても、あるいはバリア層36Sが存在しなくて
も、配線層38S中のAlが基板に突き抜けるのを防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、微細なアルミニウム
(Al)系コンタクトを有する半導体装置とその製法に
関し、特に不純物ドープ領域の一部に窒化チタン(Ti
N)等からなる島状のコンタクトバリア層を設けたこと
によりAlの基板への突き抜けを防止するようにしたも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置における微細なAl系
コンタクトの形成法としては、図3に示すものが提案さ
れている。
【0003】図3において、P型Si(シリコン)基板
10の表面には、シリコンオキサイドからなるフィール
ド絶縁膜12を選択的に形成した後、絶縁膜12をマス
クとする不純物ドーピング処理によりN+ 型領域14を
形成する。次に、基板上面に層間絶縁膜16を形成した
後、絶縁膜16に深さD=650[nm]のコンタクト
孔16Aを形成する。
【0004】この後、基板上面には、コンタクト孔16
Aを介して基板表面にオーミックコンタクトする配線層
(又は電極層)を形成する。一例として、基板上面にス
パッタ法によりTiN層18を厚さT1 =100[n
m]に形成した後、基板温度を550〜570[℃]に
設定してAl合金(Al−Si−Cu)をスパッタリン
グすることによりAl合金層20をコンタクト孔16A
が埋まるように厚さT2=900[nm]に形成する。
そして、TiN層18及びAl合金層20の積層を適宜
パターニングすることにより配線層(又は電極層)を形
成する。
【0005】ところで、Alからなる配線層をSi基板
の表面に直接的にコンタクトさせた場合、AlがSi基
板中に突き抜け、接合破壊等を招くことがある。このよ
うな事態を防ぐため、配線層を構成するAl材料に固溶
限界以上のSiを添加するのが通例である。また、コン
タクトの微細化に伴って添加Siがコンタクト孔の底部
に固相エピタキシャル成長してコンタクト抵抗を増大さ
せることがある。そこで、Alの基板への突き抜けや添
加Siの成長を防止する目的でコンタクトバリア層を設
けることが広く実施されている。図3のコンタクト構造
において、TiN層18がコンタクトバリア層である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術によ
ると、図3に示すようにコンタクト孔16Aの底部にお
いて周辺部A1 ,A2 でTiN層18の被覆性が良好で
なく、そこからAlの突き抜けBが発生する。すなわ
ち、配線層及び絶縁膜16を除去してコンタクト孔16
Aを上方から観察したところ、図4に示すようにAlの
突き抜けB1 ,B2は、コンタクト孔16Aの底部にお
いて周辺部にのみ発生が認められた。
【0007】TiNの被覆性は、コンタクト孔のアスペ
クト比(縦横比)が大きくなるにつれて低下する。図3
のコンタクト構造においてD,T1 ,T2 を前述した数
値に設定した場合、コンタクト孔16Aの直径が0.9
[μm]以下の微細なコンタクトでAlの突き抜けが認
められた。
【0008】この発明の目的は、コンタクト孔の底部で
のAl突き抜けを防止することができる新規な半導体装
置とその製法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明による半導体装
置は、表面に不純物ドープ領域が形成された半導体基板
と、前記不純物ドープ領域の一部にオーミック接触する
ように形成された島状のコンタクトバリア層と、前記半
導体基板の表面に前記不純物ドープ領域及び前記コンタ
クトバリア層を覆って形成された絶縁膜であって、前記
コンタクトバリア層の一部に対応したコンタクト孔を有
するものと、前記コンタクト孔を介して前記コンタクト
バリア層に接続されるように前記絶縁膜の上に形成され
たAl又はAl合金からなる配線層又は電極層とをそな
えたものである。
【0010】また、この発明による半導体装置の製法
は、半導体基板の表面に不純物ドープ領域を形成する工
程と、前記半導体基板の表面に前記不純物ドープ領域を
覆って導電材層を被着した後該導電材層を前記不純物ド
ープ領域上に一部が残存するように選択的にエッチング
することにより前記導電材層の残存部からなるコンタク
トバリア層を形成する工程と、前記半導体基板の表面に
前記不純物ドープ領域及び前記コンタクトバリア層を覆
って絶縁膜を形成した後該絶縁膜に前記コンタクトバリ
ア層に達するコンタクト孔を形成する工程と、前記コン
タクト孔を介して前記コンタクトバリア層に接続される
ように前記絶縁膜の上にAl又はAl合金からなる配線
層又は電極層を形成する工程とを含むものである。
【0011】
【作用】この発明によれば、コンタクト孔の下に島状の
コンタクトバリア層を設けたので、このコンタクトバリ
ア層により確実にAlの基板への突き抜けを防止するこ
とができる。
【0012】従って、配線層又は電極層を形成する際に
その下に設ける第2のコンタクトバリア層は、被覆性が
良好でなくてよく、場合によっては第2のコンタクトバ
リア層は省略することもできる。
【0013】
【実施例】図1〜2は、この発明の一実施例によるMO
S型LSIのトランジスタ部を示すもので、図1のX−
X’線に沿う断面が図2に示されている。
【0014】P型Siからなる半導体基板10の表面に
は、素子孔12Aを有するフィールド絶縁膜12を選択
酸化法等により形成した後、シリコンオキサイドからな
るゲート絶縁膜22を介してポリSiからなるゲート電
極層24を形成する。
【0015】次に、絶縁膜12及び電極層24をマスク
とする不純物イオン注入処理により不純物濃度が低いN
- 型のソース領域26S及びドレイン領域26Dを形成
する。そして、基板上面にCVD(ケミカル・ベーパー
・デポジション)法によりシリコンオキサイドを堆積し
た後エッチバックを行なうなどして電極層24の両側に
サイドスペーサ28A及び28Bを形成する。
【0016】次に、絶縁膜12、電極層24及びサイド
スペーサ28A,28Bをマスクとする不純物イオン注
入処理により不純物濃度が高いN+ 型のソース領域30
S及びドレイン領域30Dを形成する。そして、注入不
純物を活性化させるためのアニール処理を、例えば10
00[℃]、10[秒]の条件で行なう。
【0017】次に、基板上面にスパッタ法により20
[nm]の厚さのTi層及び50[nm]の厚さのTi
N層を順次に被着する。そして、Ti層及びTiN層の
積層をレジスト層をマスクとするドライエッチング処理
によりパターニングすることによりソース領域30S及
びドレイン領域30Dの上にそれぞれコンタクトバリア
層32S及び32Dを形成する。この場合、バリア層3
2S及び32Dは、いずれもTiからなる下層と、Ti
Nからなる上層との2層構造である。
【0018】次に、基板上面に層間絶縁膜34を形成す
る。一例として、CVD法によりPSG(リンケイ酸ガ
ラス)膜を堆積した後、このPSG膜に650[℃]、
10[秒]のランプアニール処理を施し、さらにPSG
膜上にSOG(スピン・オン・ガラス)膜を回転塗布法
等により形成してから、SOG膜をエッチバックするこ
とにより平坦状の層間絶縁膜34を形成する。絶縁膜3
4の形成中に、32S,32D等のバリア層中の下層で
あるTi層は、基板表面のSiと反応してTiSi層と
なる。
【0019】絶縁膜34の形成温度が高いと、30S,
30D等の不純物ドープ領域から32S,32D等のバ
リア層に不純物が拡散してコンタクト抵抗を増大させ
る。従って、このような抵抗増大が生じない温度で絶縁
膜34を形成するとよい。
【0020】次に、レジスト層をマスクとするドライエ
ッチング処理によりバリア層32S,32Dにそれぞれ
対応したコンタクト孔34S,34Dと、ゲート用のコ
ンタクト孔34Gとを絶縁膜34に形成する。そして、
基板上面にスパッタ法により7[nm]の厚さのTi層
及び50[nm]の厚さのTiN層を順次に被着してT
iN/Ti層を形成した後、その上に高温スパッタ法
(基板温度575[℃])により34S,34D等のコ
ンタクト孔を埋めるように950[nm]の厚さのAl
合金(Al−Si−Cu)層を被着する。この後、Ti
N/Ti層及びAl合金層の積層をパターニングしてソ
ース配線層38S、ゲート配線層38G及びドレイン配
線層38Dを形成する。ここで、38S,38D等の配
線層において、Al合金層の下に存在する36S,36
D等のTiN/Ti層は、いずれもコンタクトバリア層
である。
【0021】34S,34D等のコンタクト孔の底部に
おいて、36S,36D等のバリア層の被覆性が良好で
なくても、コンタクト孔の底部には、先に形成した32
S,32D等のバリア層が存在するので、図3〜4で述
べたようなAlの突き抜けを防止することができる。
【0022】また、Alの突き抜けを防止できる程度に
厚くバリア層32S,32Dを形成したときは、バリア
層36S,36Dの形成を省略してもよい。この場合、
配線層は、Al合金層の単層からなり、Alの突き抜け
は、バリア層32S,32Dのみで防止される。
【0023】上記実施例において、不純物ドーピング処
理としては、イオン注入処理の代りに拡散処理を用いて
もよい。また、Al合金層の被着は、高温スパッタ法に
限らず、加熱なしのスパッタ法等で行なってもよい。さ
らに、コンタクトバリア層としては、TiとTiNの積
層に限らず、TiNの単層であってもよく、WSi,M
oSi等のシリサイドやTiW,W等の高融点金属であ
ってもよい。
【0024】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、コン
タクト孔の下に島状のコンタクトバリア層を設けたの
で、コンタクトバリア層については従来のように被覆性
不良の問題が生じない。また、コンタクトバリア層は、
被着した導電材層を選択的にエッチングして形成される
ので、接合面に接近することがない。従って、コンタク
トバリア層によってAlの基板への突き抜けを確実に防
止することができ、製造歩留りが向上する効果が得られ
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例によるMOS型LSIの
トランジスタ部を示す上面図である。
【図2】 図1のX−X’線に沿う断面図である。
【図3】 従来のコンタクト構造を例示する断面図であ
る。
【図4】 図3の構造におけるコンタクト孔の底部を示
す上面図である。
【符号の説明】
10:半導体基板、12:フィールド絶縁膜、22:ゲ
ート絶縁膜、24:ゲート電極層、26S,30S:ソ
ース領域、26D,30D:ドレイン領域、28A,2
8B:サイドスペーサ、32S,32D,36S,36
D:バリアメタル層、34:層間絶縁膜、34S,34
G,34D:コンタクト孔、38S,38G,38D:
配線層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)表面に不純物ドープ領域が形成され
    た半導体基板と、 (b)前記不純物ドープ領域の一部にオーミック接触す
    るように形成された島状のコンタクトバリア層と、 (c)前記半導体基板の表面に前記不純物ドープ領域及
    び前記コンタクトバリア層を覆って形成された絶縁膜で
    あって、前記コンタクロバリア層の一部に対応したコン
    タクト孔を有するものと、 (d)前記コンタクト孔を介して前記コンタクトバリア
    層に接続されるように前記絶縁膜の上に形成されたAl
    又はAl合金からなる配線層又は電極層とをそなえた半
    導体装置。
  2. 【請求項2】(a)半導体基板の表面に不純物ドープ領
    域を形成する工程と、 (b)前記半導体基板の表面に前記不純物ドープ領域を
    覆って導電材層を被着した後該導電材層を前記不純物ド
    ープ領域上に一部が残存するように選択的にエッチング
    することにより前記導電材層の残存部からなるコンタク
    トバリア層を形成する工程と、 (c)前記半導体基板の表面に前記不純物ドープ領域及
    び前記コンタクトバリア層を覆って絶縁膜を形成した後
    該絶縁膜に前記コンタクトバリア層に達するコンタクト
    孔を形成する工程と、 (d)前記コンタクト孔を介して前記コンタクトバリア
    層に接続されるように前記絶縁膜の上にAl又はAl合
    金からなる配線層又は電極層を形成する工程とを含む半
    導体装置の製法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4917276A (en) * 1987-07-15 1990-04-17 Kurosaki Refractories Co., Ltd. Sliding gate nozzle for special steel
US6326287B1 (en) * 1998-09-03 2001-12-04 Seiko Epson Corporation Semiconductor device and method of fabricating the same

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US4917276A (en) * 1987-07-15 1990-04-17 Kurosaki Refractories Co., Ltd. Sliding gate nozzle for special steel
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