JPH07193024A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH07193024A
JPH07193024A JP5330688A JP33068893A JPH07193024A JP H07193024 A JPH07193024 A JP H07193024A JP 5330688 A JP5330688 A JP 5330688A JP 33068893 A JP33068893 A JP 33068893A JP H07193024 A JPH07193024 A JP H07193024A
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insulating film
metal
interlayer insulating
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Kuniaki Koyama
邦明 小山
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンタクト部の空洞等の形状不良やシリサイ
ド化に伴う応力の問題を回避し、シリサイド層を厚くす
ることにより低抵抗化が可能となる。 【構成】 コンタクトの底部と層間絶縁膜５上に金属を
形成した後、シリコン層７を形成し、熱処理してシリサ
イド化する。コンタクトの底部と層間絶縁膜上の金属シ
リサイド層８は前記シリコン層で電気的に接続される。
コンタクト側壁部には金属が形成されていないので、形
状不良やシリサイド化の際の応力は問題なく、金属の膜
厚を厚くして、配線・コンタクトを低抵抗化させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に関し、特に抵抗値の低いコンタクトを有する
半導体装置とその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、拡散層や、コンタクトの抵抗を低
くするため、金属層をシリサイド化する技術がよく知ら
れている。図４（ａ）〜（ｄ）は拡散層をシリサイド化
する時の従来の工程断面図である。図４（ａ）で示すよ
うに、Ｐ型シリコン基板１上にフィールド酸化膜２およ
びゲート酸化膜３を形成した後、基板と逆導電型のＮ型
拡散層４を形成する。しかる後、図４（ｂ）で示すよう
に、ゲート酸化膜３を除去後、金属層６として、例えば
チタニウムを積層する。しかる後、図４（ｃ）で示すよ
うに、熱処理をすることによりＮ型拡散層表面でシリサ
イド反応をおこし、金属シリサイド層８を形成する。し
かる後、図４（ｄ）で示すように、未反応のチタニウム
を除去することにより、拡散層のシリサイド化を行って
いた。
【０００３】また、配線層間の接続をする配線層が少な
くともシリサイド層によって形成する製造方法の中で、
特開平３−２３４０６２号公報に示されている図５
（ａ）〜（ｅ）のようなシリサイド化の方法が知られて
いる。この方法では、図５（ａ）で示すように、Ｐ型シ
リコン基板１上にフィールド酸化膜２およびゲート酸化
膜３を形成した後、基板と逆導電型のＮ型拡散層４を形
成する。次に図５（ｂ）で示すように、ゲート酸化膜３
を除去後、金属層６として例えばチタニウムを積層し、
さらにその上にシリコン層７を積層する。しかる後、図
５（ｃ）で示すように、局所配線となる領域以外の部分
のシリコン層７を除去する。しかる後、図５（ｄ）で示
すように、熱処理をすることにより、Ｎ型拡散層表面お
よびシリコン層と金属層とでシリサイド反応をおこし、
金属シリサイド層８を形成する。しかる後、図５（ｅ）
で示すように、未反応のチタニウムを除去し、拡散層の
シリサイド化と局所配線の形成を行っていた。
【０００４】またコンタクト・配線層の形成方法として
特開昭６３−３４９５４号公報に示されている図６
（ａ）〜（ｅ），図７（ａ）〜（ｅ）のような方法が知
られている。
【０００５】図６の方法では、まず図６（ａ）で示すよ
うに、Ｐ型シリコン基板１上にフィールド酸化膜２およ
びゲート酸化膜３を形成した後、Ｎ型拡散層４を形成し
た後、層間絶縁膜５としてたとえばＣＶＤシリコン酸化
膜を積層し、コンタクト孔を開孔する。しかる後、図６
（ｂ）で示すように、金属シリサイド層８として例えば
チタンシリサイド層を積層する。しかる後、図６（ｃ）
に示すように、シリコン層７を積層する。しかる後、図
６（ｄ）に示すように、シリコン層７をエッチバックす
ることにより、金属シリサイド層上の空洞部を埋め込
む。しかる後、図６（ｅ）で示すように、配線形成部以
外の金属シリサイドをエッチング除去するというもので
ある。
【０００６】また、図７の方法では、まず図７（ａ）で
示すように、Ｐ型シリコン基板１上にフィールド酸化膜
２およびゲート酸化膜３を形成した後、Ｎ型拡散層４を
形成した後、層間絶縁膜５としてたとえばＣＶＤシリコ
ン酸化膜を積層し、コンタクト孔を開孔する。その後、
図７（ｂ）で示すように、金属層６として、例えばチタ
ニウムを積層する。しかる後、図７（ｃ）で示すよう
に、シリコン層７を積層する。しかる後、図７（ｄ）で
示すように、シリコン層７をエッチバックすることによ
り、金属層上の空洞部を埋め込む。しかる後、図７
（ｅ）で示すように、配線形成部以外の金属層をエッチ
ング除去するというものである。
【０００７】図６（ａ）〜（ｅ），図７（ａ）〜（ｅ）
の構造では、Ｎ型シリコン基板層と層間絶縁膜上の配線
層とは、コンタクト底部および側面部の金属シリサイド
層あるいは金属層で接続されることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構造・製造方法については以下に述べるような問題点が
あった。
【０００９】まず図４（ａ）〜（ｄ）の製造方法では、
最近の高密度・高集積化に伴う浅い拡散層に対しては、
シリサイド化に伴う接合リークが、特に厚い金属シリサ
イド膜厚を形成する際、問題になってきている。このこ
とはＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＥＬ
ＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．
４（１９９２）ｐ．９７１に記載されている。
【００１０】また、図５（ａ）〜（ｅ）の製造方法で
は、拡散層が浅くなったときにも、金属層シリサイド化
が上下のシリコン層で行われるため、図４（ａ）〜
（ｄ）のような問題は解決され、配線のような平坦な領
域では問題ないが、コンタクト部については図６（ａ）
〜（ｅ），図７（ａ）〜（ｅ）で述べるような問題があ
った。
【００１１】まず図６（ａ）〜（ｅ）の構造・製造方法
は、金属シリサイド層のステップカバレッジの悪さによ
るコンタクト部の空洞の形成を、シリコン層で埋めて平
坦にし、拡散層と配線層を金属シリサイド層でつなぐと
いうものであった。しかしながら、コンタクトの微細化
に伴い、金属シリサイドのステップカバレッジの悪さの
ため、空洞を埋められず形状不良をおこしたり、また、
拡散層との接触部でシリサイド反応をさせているわけで
はないので、界面抵抗が大きいという問題があった。
【００１２】図７（ａ）〜（ｅ）の構造・製造方法にお
いても、図６（ａ）〜（ｅ）と同様の形状不良の問題を
おこした。また、界面抵抗も金属層と拡散層とのシリサ
イド反応をさせていないので高かった。
【００１３】そして、図７（ａ）〜（ｅ）の製造方法
と、図４（ａ）〜（ｄ）の製造方法とを組み合わせて、
金属層と、拡散層、空洞を埋め込んだシリコン層とで、
シリサイド反応をさせて界面抵抗を下げるとともに、浅
い接合に対しても接合リークを大きくさせないようにす
ると、図４（ａ）〜（ｄ）のような平坦部ではなくコン
タクト部であるので、コンタクト部の側壁部からのシリ
サイド化に伴う応力が大きく、接合リーク、体積膨張に
よるクラック等の種々の問題が発生していた。また層抵
抗を下げるためにはチタニウムの膜厚を厚くする必要が
あることが、例えばＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ
Ｓ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ ｖｏ
ｌ．３８ Ｎｏ．２（１９９１）ｐ．２６５からわか
る。しかしチタニウムの膜厚を厚くすることは、空洞発
生の形状不良と、応力の増大を生ずるため困難であっ
た。
【００１４】本発明の目的は、コンタクト部の空洞等の
形状不良やシリサイド化に伴う応力の問題を回避し、低
抵抗化を可能とした半導体装置および製造方法を提供す
ることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、二層以上の配
線層の間を電気的に接続するコンタクト孔を有する半導
体装置において、層間絶縁膜に開孔されたコンタクト底
部と層間絶縁膜上の配線層の少なくとも一部とが、金属
シリサイド層で形成されており、前記金属シリサイド層
同士がコンタクトプラグ内に形成されたシリコン層で電
気的に接続されていることを特徴とする。
【００１６】また本発明は、二層以上の配線層の間を電
気的に接続するために、層間絶縁膜にコンタクト孔を有
する半導体装置の製造方法において、前記コンタクト孔
の底部および層間絶縁膜上に、金属層を形成する工程
と、前記金属層上に、シリコン層を形成する工程と、前
記コンタクト孔の底部と前記層間絶縁膜上の金属層と、
前記シリコン層の少なくとも一部とでシリサイド反応を
させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
【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。
【００１８】図１は本発明の一実施例を示す構造断面図
であり、図２（ａ）〜（ｅ）および図３（ａ）〜（ｆ）
は、図１の構造を形成するにいたる２種類のプロセスフ
ローを示しており、以下詳細に説明する。
【００１９】図１に示すように本発明の半導体装置は、
Ｐ型シリコン基板１上に形成されたＮ型拡散層４と、層
間絶縁膜５上に形成された金属シリサイド層８とが、コ
ンタクトプラグ内に形成されたシリコン層７で電気的に
接続されている。
【００２０】この半導体装置の構造を、その製造方法と
ともに、さらに詳細に説明する。
【００２１】まず図２（ａ）に示すように、Ｐ型シリコ
ン基板１上に通常のＬＯＣＯＳ法により、フィールド酸
化膜２およびゲート酸化膜３をそれぞれ５０００オング
ストローム，２００オングストローム形成し、しかる
後、基板１と逆導電型の不純物として、例えばヒ素５０
ｋｅＶ，１．０×１０15ｃｍ-2をイオン注入することに
よりＮ型拡散層４を形成する。しかる後、層間絶縁膜５
として例えばＣＶＤシリコン酸化膜を５０００オングス
トローム積層した後、Ｎ型拡散層４に対して、例えば
０．３μｍ角のコンタクト孔を開孔する。
【００２２】しかる後、図２（ｂ）に示すように、金属
層６として、例えばチタニウムを８００オングストロー
ム、コリメートスパッタすることにより、コンタクト底
部と層間絶縁膜上に形成する。
【００２３】しかる後、図２（ｃ）に示すように、シリ
コン層７として例えばアモルファスシリコンを５００℃
で２０００オングストローム程度形成し、コンタクト内
部を埋め込む。
【００２４】しかる後、図２（ｄ）に示すように、５０
０〜９００℃の温度で熱処理することにより、Ｎ型拡散
層４と、シリコン層７と、チタニウムとでシリサイド反
応をさせ、金属シリサイド層８を形成する。図２（ｄ）
では層間絶縁膜５上のシリコン層７がすべてチタニウム
とシリサイド化しているように図示しているが、未反応
のシリコン層が残っていてもかまわない。
【００２５】次に図２（ｅ）で示すように、配線・コン
タクトを形成する領域以外の部分をエッチング除去する
ことにより、図１の構造を得る。
【００２６】図３（ａ）〜（ｆ）は、図１の構造を得る
もう一つの実施例である。
【００２７】まず図３（ａ）に示すように、Ｐ型シリコ
ン基板１上に通常のＬＯＣＯＳ法によりフィールド酸化
膜２およびゲート酸化膜３をそれぞれ５０００オングス
トローム，２００オングストローム形成し、しかる後、
基板と逆導電型の不純物として、例えばヒ素５０ｋｅ
Ｖ，１．０×１０15ｃｍ-2をイオン注入することによ
り、Ｎ型拡散層４を形成する。しかる後、層間絶縁膜５
として例えばＣＶＤシリコン酸化膜を５０００オングス
トローム積層した後、Ｎ型拡散層に対して例えば０．３
μｍ角のコンタクト孔を開孔する。
【００２８】しかる後、図３（ｂ）に示すように、金属
層６として、例えばチタニウムを８００オングストロー
ムコリメートスパッタすることにより、コンタクト底部
と層間絶縁膜上に形成する。
【００２９】しかる後、図３（ｃ）に示すように、シリ
コン層７として例えばアモルファスシリコンを５００℃
で２０００オングストローム程度形成し、コンタクト内
部を埋め込む。
【００３０】しかる後、図３（ｄ）で示すように、配線
・コンタクトを形成する以外の部分のシリコン層をエッ
チング除去する。
【００３１】しかる後、図３（ｅ）に示すように、５０
０℃〜９００℃の温度で熱処理することにより、Ｎ型拡
散層４と、シリコン層７と、チタニウムとでシリサイド
反応をさせ、金属シリサイド層８を形成する。
【００３２】しかる後、図３（ｆ）に示すように、未反
応のチタニウム層を除去することにより、図１の構造を
得る。
【００３３】以上の製造方法において、コンタクト底部
と層間絶縁膜５上の金属シリサイド層８を電気的に接続
するシリコン層の導電性は、成長時に不純物をドーピン
グしてもよいし、成長後にイオン注入してもかまわな
い。
【００３４】またチタニウム以外の金属としては、シリ
コンと反応してシリサイドを形成する材料ならば、例え
ば、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｐｔの高融点金属、
貴金属でもよい。
【００３５】また実施例では、拡散層に対するコンタク
トについて述べたが、ゲートポリシリ配線や、他の配線
においても同様である。
【００３６】また層間絶縁膜上の金属シリサイド上にさ
らにアルミニウム等の金属を積層してから、配線コンタ
クト部以外の金属シリサイドおよびアルミニウムをエッ
チング除去してもかまわない。またシリコンの形成も、
ＣＶＤでもスパッタでも、コンタクト部が埋まりさえす
れば、特に制限されるものでもない。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は二層以上
の配線層の間を電気的に接続するコンタクト孔を有する
半導体装置において、層間絶縁膜に開孔されたコンタク
ト底部と層間絶縁膜上の配線層の少なくとも一部とが金
属シリサイド層で形成されており、前記金属シリサイド
層同士がコンタクトプラグ内に形成されたシリコン層で
電気的に接続されているという構造をとることにより、
次のような効果が生まれた。
【００３８】第１に微細なコンタクトに対しても空洞部
等の形状不良をおこさず、コンタクト部のシリサイド化
が可能となった。第２に、微細なコンタクトの側面部に
は金属がないので、シリサイド化の際の応力による問題
が緩和された。第３にコンタクト底部の金属膜厚を厚く
しても、形状、応力の点で問題がないので、シリサイド
膜厚が厚くでき、コンタクト抵抗を下げられ、また、下
の配線層として浅い拡散層の場合は、シリサイド化が金
属の上下で進むので、接合リークの問題も解決された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す構造断面図である。
【図２】図１の構造を形成するための第１の実施例を示
す工程断面図である。
【図３】図１の構造を形成するための第２の実施例を示
す工程断面図である。
【図４】従来の拡散層シリサイド形成方法を示す工程断
面図である。
【図５】従来の中間配線のシリサイド形成方法を示す工
程断面図である。
【図６】従来のコンタクト部のシリサイド配線形成方法
を示す工程断面図である。
【図７】従来のコンタクト部の金属配線形成方法を示す
工程断面図である。
【符号の説明】
１ Ｐ型シリコン基板 ２ フィールド酸化膜 ３ ゲート酸化膜 ４ Ｎ型拡散層 ５ 層間絶縁膜 ６ 金属層 ７ シリコン層 ８ 金属シリサイド層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】二層以上の配線層の間を電気的に接続する
    コンタクト孔を有する半導体装置において、 層間絶縁膜に開孔されたコンタクト底部と層間絶縁膜上
    の配線層の少なくとも一部とが、金属シリサイド層で形
    成されており、前記金属シリサイド層同士がコンタクト
    プラグ内に形成されたシリコン層で電気的に接続されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】二層以上の配線層の間を電気的に接続する
    ために、層間絶縁膜にコンタクト孔を有する半導体装置
    の製造方法において、 前記コンタクト孔の底部および層間絶縁膜上に、金属層
    を形成する工程と、 前記金属層上に、シリコン層を形成する工程と、 前記コンタクト孔の底部と前記層間絶縁膜上の金属層
    と、前記シリコン層の少なくとも一部とでシリサイド反
    応をさせる工程と、を含むことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  3. 【請求項３】二層以上の配線層の間を電気的に接続する
    ために、層間絶縁膜にコンタクト孔を有する半導体装置
    の製造方法において、 前記コンタクト孔の底部および層間絶縁膜上に、金属層
    を形成する工程と、 前記金属層上に、シリコン層を形成する工程と、 前記コンタクト孔の底部と前記層間絶縁膜上の金属層
    と、前記シリコン層の少なくとも一部とでシリサイド反
    応をさせる工程と、 前記層間絶縁膜と前記シリコン層とのシリサイド反応に
    より形成された金属シリサイド層の、配線・コンタクト
    を形成する領域以外の部分をエッチング除去する工程
    と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】二層以上の配線層の間を電気的に接続する
    ために、層間絶縁膜にコンタクト孔を有する半導体装置
    の製造方法において、 前記コンタクト孔の底部および層間絶縁膜上に、金属層
    を形成する工程と、 前記金属層上に、シリコン層を形成する工程と、 前記層間絶縁膜上の前記シリコン層の、配線・コンタク
    トを形成する以外の部分をエッチング除去する工程と、 前記コンタクト孔の底部と前記層間絶縁膜上の金属層
    と、前記シリコン層の少なくとも一部とでシリサイド反
    応をさせる工程と、を含むことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
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