JPH0779136B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH0779136B2 JPH0779136B2 JP61130149A JP13014986A JPH0779136B2 JP H0779136 B2 JPH0779136 B2 JP H0779136B2 JP 61130149 A JP61130149 A JP 61130149A JP 13014986 A JP13014986 A JP 13014986A JP H0779136 B2 JPH0779136 B2 JP H0779136B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/456—Ohmic electrodes on silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
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- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に係り、特にシリコン基板上にアル
ミニウムまたはアルミニウム合金よりなる電極配線層を
有する半導体装置に適用するのに好適な発明に関する。
ミニウムまたはアルミニウム合金よりなる電極配線層を
有する半導体装置に適用するのに好適な発明に関する。
〔従来の技術〕 シリコン半導体基板にアルミニウムまたはアルミニウム
合金よりなる電極配線を接続する場合、その接合界面で
相互に拡散が進みすぎ、シリコンがアルミニウム中に溶
け出したり或はアルミニウムが基板内に拡散するという
問題がある。またアルミニウムとシリコン基板の界面に
ｐ型シリコンが固相成長するという問題がある。
合金よりなる電極配線を接続する場合、その接合界面で
相互に拡散が進みすぎ、シリコンがアルミニウム中に溶
け出したり或はアルミニウムが基板内に拡散するという
問題がある。またアルミニウムとシリコン基板の界面に
ｐ型シリコンが固相成長するという問題がある。
これらの問題に対し、シリコン半導体基板とアルミニウ
ム電極配線層の間に拡散防止層を設ける構造が提案され
ている。
ム電極配線層の間に拡散防止層を設ける構造が提案され
ている。
たとえば特開昭57-48249号公報には、拡散防止層の材料
として窒化チタンを用いることが提案されている。特開
昭60-210838号公報には、シリコン基板上に白金層また
はパラジウム層を形成したのちアモルフアスシリコンを
堆積して両者を反応させ硅化白金層または硅化パラジウ
ム層を形成させて、拡散防止層とすることが提案されて
いる。
として窒化チタンを用いることが提案されている。特開
昭60-210838号公報には、シリコン基板上に白金層また
はパラジウム層を形成したのちアモルフアスシリコンを
堆積して両者を反応させ硅化白金層または硅化パラジウ
ム層を形成させて、拡散防止層とすることが提案されて
いる。
この種の半導体装置は、組み立て後接触抵抗を下げるた
めに500℃前後の温度で熱処理を行うが、上記従来技術
は、高温で熱処理するプロセス及び、コンタクト部分の
抵抗を下げるという２点について配慮がされていない。
めに500℃前後の温度で熱処理を行うが、上記従来技術
は、高温で熱処理するプロセス及び、コンタクト部分の
抵抗を下げるという２点について配慮がされていない。
本発明者らの研究によれば、窒化チタンは500℃前後の
熱処理でアルミニウムと反応する。更にこの際窒化チタ
ンの結晶粒界がアルミニウムおよびシリコンの拡散路と
なり、拡散が生じる。拡散を十分に抑制するには窒化チ
タンの厚さを厚くしなければならず接触抵抗が増大する
という別の問題が生じる。
熱処理でアルミニウムと反応する。更にこの際窒化チタ
ンの結晶粒界がアルミニウムおよびシリコンの拡散路と
なり、拡散が生じる。拡散を十分に抑制するには窒化チ
タンの厚さを厚くしなければならず接触抵抗が増大する
という別の問題が生じる。
本発明の目的は、前記従来技術に較べて拡散防止効果が
大きい新規な拡散防止層を有する半導体装置を提供する
にある。
大きい新規な拡散防止層を有する半導体装置を提供する
にある。
上記目的は、拡散防止層として、半導体装置の熱処理温
度よりも高い結晶化温度を有するアモルフアス材料を用
いることにより、達成される。
度よりも高い結晶化温度を有するアモルフアス材料を用
いることにより、達成される。
本発明は、拡散防止層として結晶質の材料を用いるかぎ
り、結晶粒界を通して拡散が生じるという事実の解明に
基づくものである。
り、結晶粒界を通して拡散が生じるという事実の解明に
基づくものである。
この知見に基づいて、アモルフアス材料により拡散防止
層を構成する本発明を導き出した。
層を構成する本発明を導き出した。
従来の窒化チタン或は硅化白金，硅化パラジウムなどの
拡散防止層でも、アルミニウム配線とシリコン基板間の
拡散をある程度防止できる。しかし、高温熱処理時に拡
散防止層の結晶粒界が拡散経路となり、ある程度の拡散
が起こつてしまう。粒界拡散を防ぐため拡散防止層を厚
くするアルミニウムとシリコン基板の接触抵抗が上が
る。
拡散防止層でも、アルミニウム配線とシリコン基板間の
拡散をある程度防止できる。しかし、高温熱処理時に拡
散防止層の結晶粒界が拡散経路となり、ある程度の拡散
が起こつてしまう。粒界拡散を防ぐため拡散防止層を厚
くするアルミニウムとシリコン基板の接触抵抗が上が
る。
拡散経路となる結晶粒界を有しないアモルフアス材料を
拡散防止層として用い、しかもその結晶化温度が半導体
装置の熱処理温度よりも高いものを用いる事により、熱
的に安定で金属配線と半導体基板の拡散を効果的に防止
することができる。またこのようにすれば拡散防止効果
がきわめて大きいので、拡散防止層の厚さを薄くするこ
とができ、アルミとシリコン基板との接触抵抗を低く保
つことができる。
拡散防止層として用い、しかもその結晶化温度が半導体
装置の熱処理温度よりも高いものを用いる事により、熱
的に安定で金属配線と半導体基板の拡散を効果的に防止
することができる。またこのようにすれば拡散防止効果
がきわめて大きいので、拡散防止層の厚さを薄くするこ
とができ、アルミとシリコン基板との接触抵抗を低く保
つことができる。
各種アモルフアス材料を用いて行つた実験結果によれ
ば、拡散防止層の厚さは0.1μｍ以下で十分であり、接
触抵抗の点でも問題ないことが判つた。
ば、拡散防止層の厚さは0.1μｍ以下で十分であり、接
触抵抗の点でも問題ないことが判つた。
半導体装置の最終の熱処理温度で熱的に安定であり、結
晶化しないアモルフアス材料について検討したところ、
高融点金属の２種以上を組合わせることにより満足でき
る見通しを得た。具体的には1000℃以上の融点を有する
金属を組合わせることが望ましい。このような金属とし
ては、ベリリウム，ボロン，シリコン，チタン，マンガ
ン，鉄，コバルト，ニツケル，ジルコニウム，ニオブ，
モリブデン，銅，イツトリウム，ルテニウム，ロジウ
ム，パラジウム，ハフニウム，タンタル，タングステ
ン，レニウム，イリジウム，トリウム，サマリウム，ガ
ドリニウムおよびテルビウムがある。これらより選ばれ
た２種以上の合金または化合物よりなるアモルフアス材
料が拡散防止層として満足し得る。１種類の成分だけで
は、アモルフアスにならず効果がない。
晶化しないアモルフアス材料について検討したところ、
高融点金属の２種以上を組合わせることにより満足でき
る見通しを得た。具体的には1000℃以上の融点を有する
金属を組合わせることが望ましい。このような金属とし
ては、ベリリウム，ボロン，シリコン，チタン，マンガ
ン，鉄，コバルト，ニツケル，ジルコニウム，ニオブ，
モリブデン，銅，イツトリウム，ルテニウム，ロジウ
ム，パラジウム，ハフニウム，タンタル，タングステ
ン，レニウム，イリジウム，トリウム，サマリウム，ガ
ドリニウムおよびテルビウムがある。これらより選ばれ
た２種以上の合金または化合物よりなるアモルフアス材
料が拡散防止層として満足し得る。１種類の成分だけで
は、アモルフアスにならず効果がない。
上記した金属元素は、共晶反応を生じる組合わせとし、
共晶組成或は共晶組成に近い組成とすることが望まし
い。共晶組成或はその近傍の組成の合金は、急速冷却に
より気相から直ちに固相にしやすく、アモルフアスにな
りやすい。
共晶組成或は共晶組成に近い組成とすることが望まし
い。共晶組成或はその近傍の組成の合金は、急速冷却に
より気相から直ちに固相にしやすく、アモルフアスにな
りやすい。
下記の組合わせのアモルフアス材料を用いて、実際に試
験を行つたところ、いずれも十分満足のいく性能を示し
た。従つて、下記の組合わせは、非常に好適である。
験を行つたところ、いずれも十分満足のいく性能を示し
た。従つて、下記の組合わせは、非常に好適である。
コバルトとチタン，銅とチタン，鉄とジルコニウム，ハ
フニウムとコバルト，ハフニウムとニツケル，ニツケル
とジルコニウム，チタンとニツケル，ジルコニウムとコ
バルト，ジルコニウムとパラジウム、チタンとベリリウ
ムとジルコニウム，およびジルコニウムとベリリウムと
ニオブの組合わせ。
フニウムとコバルト，ハフニウムとニツケル，ニツケル
とジルコニウム，チタンとニツケル，ジルコニウムとコ
バルト，ジルコニウムとパラジウム、チタンとベリリウ
ムとジルコニウム，およびジルコニウムとベリリウムと
ニオブの組合わせ。
アモルフアス合金又はアモルフアス化合物は、たとえば
スパツタ法によつて半導体基板上に堆積することによつ
て形成できる。アモルフアス材料がプラズマ状態から半
導体基板上に堆積する際の急冷効果を利用してアモルフ
アス化させることができる。
スパツタ法によつて半導体基板上に堆積することによつ
て形成できる。アモルフアス材料がプラズマ状態から半
導体基板上に堆積する際の急冷効果を利用してアモルフ
アス化させることができる。
スパツタ法のほかに、蒸着法或はケミカル・ベーパー・
デポジシヨン（CVD）法によつて形成することも可能で
ある。
デポジシヨン（CVD）法によつて形成することも可能で
ある。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。第１図は本
発明をトランジスタに適用した断面図である。ｎ型シリ
コン基板１は、表面にｐ型ベース領域２及びｎ型エミツ
タ領域３を有する。ｐ型ベース領域及びｎ型エミツタ領
域の表面にシリコン酸化膜４を形成する。次いでシリコ
ン酸化膜４に開孔を形成し、アモルフアス材料よりなる
拡散防止層５およびアルミニウム配線層６を形成する。
アモルフアス材料としては、表に示す成分組成の組合わ
せを選んだ。表に示す材料をスパツタし、プラズマ状態
からシリコン基板上およびシリコン酸化膜上に付着する
際の急冷効果を利用してアモルフアス化した。
発明をトランジスタに適用した断面図である。ｎ型シリ
コン基板１は、表面にｐ型ベース領域２及びｎ型エミツ
タ領域３を有する。ｐ型ベース領域及びｎ型エミツタ領
域の表面にシリコン酸化膜４を形成する。次いでシリコ
ン酸化膜４に開孔を形成し、アモルフアス材料よりなる
拡散防止層５およびアルミニウム配線層６を形成する。
アモルフアス材料としては、表に示す成分組成の組合わ
せを選んだ。表に示す材料をスパツタし、プラズマ状態
からシリコン基板上およびシリコン酸化膜上に付着する
際の急冷効果を利用してアモルフアス化した。
この後、一般に広く使用されているホトリソグラフイー
を用いてアモルフアス材料およびアルミニウム配線層６
の一部をシリコン酸化膜４に達するまでエツチングす
る。この構造により、シリコン酸化膜４の開孔部におけ
るシリコン半導体基板とアルミニウム配線層６の反応が
抑制される。更にアモルフアス材料よりなる拡散防止層
５でアルミニウム（Al）原子のシリコン半導体基板内へ
の拡散が阻止できるのでエミツタ，ベース間の接合特性
の熱的信頼性が飛躍的に向上できる。
を用いてアモルフアス材料およびアルミニウム配線層６
の一部をシリコン酸化膜４に達するまでエツチングす
る。この構造により、シリコン酸化膜４の開孔部におけ
るシリコン半導体基板とアルミニウム配線層６の反応が
抑制される。更にアモルフアス材料よりなる拡散防止層
５でアルミニウム（Al）原子のシリコン半導体基板内へ
の拡散が阻止できるのでエミツタ，ベース間の接合特性
の熱的信頼性が飛躍的に向上できる。
アモルフアス材料よりなる拡散防止層５の組成及び厚さ
は、Al原子の拡散の阻止効果が最大になり、且つアモル
フアス拡散防止層の電気抵抗率が最小になるように最適
化する必要がある。例えば鉄（Fe）とジルコニウム（Z
r）の組合わせではZrを９〜11原子％に制御し、アモル
フアス層の厚さは200〜1000Åにするのが望ましい。
は、Al原子の拡散の阻止効果が最大になり、且つアモル
フアス拡散防止層の電気抵抗率が最小になるように最適
化する必要がある。例えば鉄（Fe）とジルコニウム（Z
r）の組合わせではZrを９〜11原子％に制御し、アモル
フアス層の厚さは200〜1000Åにするのが望ましい。
第２図は、第１図の実施例におけるエミツタ・ベース間
耐圧の耐熱性を評価し、Fe-Zr系についての結果を示し
たものである。その際、Fe-Zr系の厚さは500Åとした。
第２図から明らかなようにFe-Zr合金アモルフアス層をA
l原子の拡散阻止材料として用いることでエミツタ・ベ
ース間の耐圧の耐熱性を格段に向上することが確認でき
た。従来のTiNは本発明に較べると非常に劣る。本実施
例ではバイポーラトランジスタに適用した例を述べた
が、メタルオキサイドトランジスタ（MOS），フイール
ドエフエクトトランジスタ（EFT）などに適用しても全
く同様である。
耐圧の耐熱性を評価し、Fe-Zr系についての結果を示し
たものである。その際、Fe-Zr系の厚さは500Åとした。
第２図から明らかなようにFe-Zr合金アモルフアス層をA
l原子の拡散阻止材料として用いることでエミツタ・ベ
ース間の耐圧の耐熱性を格段に向上することが確認でき
た。従来のTiNは本発明に較べると非常に劣る。本実施
例ではバイポーラトランジスタに適用した例を述べた
が、メタルオキサイドトランジスタ（MOS），フイール
ドエフエクトトランジスタ（EFT）などに適用しても全
く同様である。
表に各アモルフアス合金層の厚さを500Åにしたとき
の、シリコン基板とアルミニウム配線との接合耐圧の耐
熱温度（1hrで１％不良が発生する温度）、及び半導体
装置の熱処理温度の450℃−１時間加熱後の接合部の電
気抵抗を示す。
の、シリコン基板とアルミニウム配線との接合耐圧の耐
熱温度（1hrで１％不良が発生する温度）、及び半導体
装置の熱処理温度の450℃−１時間加熱後の接合部の電
気抵抗を示す。
前記した様に安定で、Al原子の粒界拡散経路を有しない
アモルフアス合金の存在がAlの拡散阻止に大きな役割を
果しており、拡散防止層を有しないものにくらべると、
その効果はきわめて明瞭である。
アモルフアス合金の存在がAlの拡散阻止に大きな役割を
果しており、拡散防止層を有しないものにくらべると、
その効果はきわめて明瞭である。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、金属配線と半導体
基板の反応及び半導体基板中への配線材料の原子の拡散
を阻止できるので、熱的に信頼性の高い半導体装置が実
現できる。
基板の反応及び半導体基板中への配線材料の原子の拡散
を阻止できるので、熱的に信頼性の高い半導体装置が実
現できる。
第１図は本発明の一実施例における主要部断面構造図、
第２図は第１図のエミツタ・ベース間耐圧の耐熱性評価
結果を従来法と比較して示した特性図である。 １……ｎ型シリコン基板、２……ｐ型ベース領域、３…
…ｎ型エミツタ領域、４……シリコン酸化膜、５……拡
散防止層、６……アルミニウム配線層。
第２図は第１図のエミツタ・ベース間耐圧の耐熱性評価
結果を従来法と比較して示した特性図である。 １……ｎ型シリコン基板、２……ｐ型ベース領域、３…
…ｎ型エミツタ領域、４……シリコン酸化膜、５……拡
散防止層、６……アルミニウム配線層。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に拡散防止層を介してアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金よりなる電極配線を設け
た半導体装置において、 前記拡散防止層は、鉄−ジルコニウム合金アモルファス
層からなり、 かつ前記鉄−ジルコニウム合金アモルファス層は、ジル
コニウムを９〜11原子％含み、厚さが200〜1000Åであ
ることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP61130149A JPH0779136B2 (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | 半導体装置 |
| EP87108180A EP0248445A3 (en) | 1986-06-06 | 1987-06-05 | Semiconductor device having a diffusion barrier and process for its production |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61130149A JPH0779136B2 (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | 半導体装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62287641A JPS62287641A (ja) | 1987-12-14 |
| JPH0779136B2 true JPH0779136B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=15027148
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61130149A Expired - Fee Related JPH0779136B2 (ja) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | 半導体装置 |
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| EP (1) | EP0248445A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0779136B2 (ja) |
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