JPH08124877A - 半導体集積回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンノジュールとして供給されるシリコ
ンの総量を制限することによりコンタクト抵抗の増大が
ない半導体集積回路の製造方法を提供する。 【構成】 表面を被覆する絶縁膜７にコンタクトホール
８を形成する。全面にシリコンを含む第１のアルミ層１
３を堆積し、その表面に極く薄い自然酸化膜１５（Ａｌ
２Ｏ３）を形成する。その上に第２のアルミ層１４を形
成する。その後の熱履歴により自然酸化膜１５はアルミ
と酸素との還元反応により消失する。消失するまでの期
間中、自然酸化膜１５は第２のアルミ層１４のシリコン
がコンタクトホール８部にシリコンノジュールとして供
給されることを阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細化コンタクトホー
ルにおいて、シリコンノジュールの発生を抑え、且つコ
ンタクト抵抗を下げることが出来る半導体集積回路の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はバイポーラＩＣの基本素子となる
ＮＰＮトランジスタを示す断面図である。基板１上のエ
ピタキシャル層２がＰ＋分離領域３によって島状に分離
され、エピタキシャル層２の表面にＰ型ベース領域４、
Ｎ＋型エミッタ領域５、コレクタコンタクト領域６を拡
散してＮＰＮトランジスタとし、エピタキシャル層２表
面を被覆する酸化膜７にコンタクトホール８を開口して
アルミ電極９を配置したものである。このアルミ電極９
によって同一基板上に多数形成された素子が接続され、
様々な回路を実現することになる。尚、１０はＮ＋型の
埋め込み層である。

【０００３】高集積、高密度のＩＣには、アルミスパイ
クによるＥＢ接合の短絡を防止する目的でアルミ電極９
の素材にアルミニウム・シリコンが用いられる。ところ
が、微細化に伴ってコンタクトホール８の小径化を押し
進めると、図５に示すようにアルミ電極９中のシリコン
がシリコンノジュール１１としてコンタクトホール８周
辺に析出し、コンタクトホールを塞ぐためにコンタクト
抵抗を増大させる現象が問題となる。

【０００４】そこで、図６に示すようにアルミ電極の間
にバリアメタル層１１を挟み、第２のアルミ層１４に対
して第１のアルミ層１３の膜厚を小とし、コンタクトホ
ール８に供給されるシリコンの総量を減少させることに
より前記シリコンノジュールの発生を抑制するという技
術が特開昭５９ー１７５７６３号公報に記載されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バリア
メタルとして用いるＴｉ、Ｗ等の材料は、アルミと同等
の加工方法では加工できないため、パターニングに際し
て製造工程が複雑になるという欠点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
に鑑みなされたもので、第１のアルミ層を形成した後、
第１のアルミ層表面に自然酸化膜を形成し、該自然酸化
膜の上に第２のアルミ層を形成する事により、製造工程
を簡素に出来る半導体集積回路の製造方法を提供するも
のである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、第１と第２の厚み層の間に形
成した自然酸化膜がアルミ中のシリコンの移動を抑制す
るので、同じ熱履歴を与えた場合に、コンタクトホール
に形成されるシリコンノジュールの量を抑制することが
出来る。

【０００８】

【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。図４の断面図において、代表として
コレクタコンタクト領域６周辺の断面図で説明する。先
ず図１Ａに示すように、コレクタコンタクト領域６等の
各種の拡散領域を形成したエピタキシャル層２の表面を
被覆する酸化膜７にコンタクトホール８を形成する。

【０００９】図１Ｂを参照して、全面に膜厚が１０００
〜５０００オングストロームの第１のアルミ層１３をス
パッタ法により形成する。第１のアルミ層１３は１重量
％のシリコンを含む。スパッタは真空チャンバ内に半導
体ウェハを設置した状態で行われる。図１Ｃを参照し
て、第１のアルミ層１３の表面に膜厚が数１０〜数１０
０オングストロームの自然酸化膜１５、即ちＡｌ２Ｏ３
（アルミナ）膜を形成する。この工程は故意的に形成す
るものではなく、前記真空チャンバ内に設置された半導
体ウェハを一旦大気中にさらすことで形成する。第１の
アルミ層１３上に形成された自然酸化膜１５の膜厚は、
大気中にさらしている限りにおいてほぼ一定であり、外
的に何らかの処理を加えない限り膜厚が増大することは
ない。前記真空チャンバから取り出した直後の膜厚も、
室温の窒素雰囲気中で数十時間保管した後の膜厚もほぼ
一定である。よって大気中にさらす時間と温度を意識的
にコントロールする必要がないので、自然酸化膜１５の
膜厚の制御は極めて容易である。

【００１０】図２Ａを参照して、前記半導体ウェハを再
度スパッタ装置の真空チャンバ内に設置して、全面に膜
厚が５０００〜１００００オングストロームの第２のア
ルミ層１４をスパッタ法により形成する。材料は第１の
アルミ層１３と同じくシリコンを１重量％含むアルミニ
ウムである。第１のアルミ層１３の膜厚は第２のアルミ
層１４の膜厚より小とする。

【００１１】図２Ｂを参照して、第２のアルミ層１４の
上にホトレジスト層を形成し、これを露光、現像し、そ
してドライまたはウェット手法により第１と第２のアル
ミ層１３、１４を同時にエッチングして電極配線を形成
する。自然酸化膜１５は極薄いものであるため、このホ
トエッチングに支障をきたすものではない。通常のアル
ミ材料のホトエッチング条件でパターニングすることが
出来る。

【００１２】図２Ｃを参照して、必要ならば第２層目、
第３層目の電極配線を形成し、ファイナルパッシベーシ
ョン膜の形成とボンディングパッド部分の開口を終えた
後、アルミのアロイ処理（約４００℃、数十分間）を行
う。アロイ処理、およびその他の熱処理により、第１と
第２のアルミ層１３、１４中に含まれる溶解度以上のシ
リコンがアルミ中を移動して特にシリコン単結晶面が露
出するコンタクトホール８部に供給され、コンタクトホ
ール８部にシリコンノジュールが析出する。本発明は、
前記シリコンの移動の際に自然酸化膜１５が移動を阻止
するような働きをするので、結局コンタクトホール８部
に供給されるシリコンの絶対量が第１のアルミ層１３の
分だけとなるので、シリコンノジュールの発生も少な
い。従ってコンタクト抵抗の増大もない。

【００１３】前記熱処理期間中においては、同時進行で
自然酸化膜１５中に含まれる酸素の還元反応が進行す
る。つまり自然酸化膜１５であるＡｌ２Ｏ３の酸素が他
に大量に存在するアルミ材料の他のアルミ原子と結合す
るのである。換言すれば、自然酸化膜１５中の酸素が第
１と第２のアルミ層１３、１４中に拡散すると称しても
良い。前記還元反応で残るのはアルミであるから、第１
と第２のアルミ層１３、１４と一体化する。そのため絶
縁体であるＡｌ２Ｏ３膜は「膜」としては存在しなくな
るので、第１と第２のアルミ層１３、１４は一体化して
電極配線９となる。前記自然酸化膜１５によって両者が
絶縁されてしまうということはない。

【００１４】前記２つの反応が同時進行するということ
は、自然酸化膜１５が消失した後は第２のアルミ層１４
中のシリコンもシリコンノジュールの材料として供給さ
れるということである。しかし、シリコンノジュールの
発生を時間的に遅らせることが出来るので、同じ熱履歴
（熱処理の温度と時間の総量）を与えた場合、本発明の
方がその析出量が小さいことは明らかである。

【００１５】以下に本発明の第２の実施例を説明する。
本願発明者は、前記シリコンノジュールの問題とは別
に、第１のアルミ層１３を堆積した後に表面から逆スパ
ッタ処理を与えることによりコンタクトホール８の表面
に不可避的に形成されるシリコン酸化膜（自然酸化膜）
を突き破り、その後第２のアルミ層１４を堆積すること
によってコンタクト抵抗を低減する手法を特開平６ー１
３３３８号に提案している。この手法は本発明と同じく
第１と第２のアルミ層１３、１４を用いるので、本発明
を実施することが出来る。

【００１６】即ち、本発明の第２の実施例は、先ず図１
Ａと図１Ｂに示す工程は同一である。次に、図３に示す
ように、第１のアルミ層１３の表面からアルゴンなどの
不活性ガス中で逆スパッタ処理を行う。この処理でアル
ゴンイオンが第１のアルミ層１３表面に衝突し、衝突し
たときのエネルギーによって第１のアルミ層１３中の原
子が押し出され（ノックオン現象）、押し出された原子
がコンタクトホール８内に形成された極く薄いシリコン
酸化膜を突き破って破壊する。シリコン酸化膜が破壊さ
れることによって、拡散領域との良好なオーミックコン
タクトが得られる。

【００１７】その後、特開平６ー１３３３８号ではその
まま真空チャンバ内に移送して第２のアルミ層１４の形
成を行うが、本実施例では半導体ウェハを真空チャンバ
の外に出して大気にさらし、図１Ｃに示すように第１の
アルミ層１３の表面に自然酸化膜１５を形成する。その
後は、図２Ａ乃至図２Ｃに示した工程と同一である。
尚、第１のアルミ層１３堆積後に自然酸化膜１５を形成
し、その後に逆スパッタ処理を行っても良い。同等の効
果が得られる。

【００１８】特開平６ー１３３３８号の手法は、アルミ
原子を押し出すという目的から第１のアルミ層１３の膜
厚は薄い方がよい。一方、本発明はシリコンノジュール
として供給されるシリコンの総量を制限するという目的
から第１のアルミ層１３の膜厚は薄い方がよい。よって
本発明を適用するに当たり何の制約も発生しない。ま
た、コンタクトホール８の表面に形成される極く薄いシ
リコン酸化膜を破壊することによるコンタクト抵抗の低
減と、シリコンノジュールの発生を抑制することによる
コンタクト抵抗の低減との両方が得られるので本実施例
はコンタクト抵抗を一層低減することが出来るものであ
る。

【００１９】尚、本実施例はバイポーラ型ＩＣで説明し
たが、ＭＯＳ型ＩＣにも適用できることはいうまでもな
い。

【００２０】

【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発生を抑制することが出来るので、
微細化したときのコンタクト抵抗の増大を防止できる利
点を有する。しかも処理中の半導体ウェハを大気中にさ
らすという極めて簡便な方法で実施できるものである。
第２の実施例によれば、コンタクトホール８の表面に形
成される極く薄いシリコン酸化膜を破壊することによる
コンタクト抵抗の低減と、シリコンノジュールの発生を
抑制することによるコンタクト抵抗の低減との両方が得
られるので、コンタクト抵抗を一層低減することが出来
るという利点を有するものである。しかも実施の容易さ
は何等失われないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための断面図である。

【図２】本発明を説明するための断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例を説明するための断面図
である。

【図４】ＮＰＮトランジスタを示す断面図である。

【図５】従来例を説明するための断面図である。

【図６】従来例を説明するための断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   シリコンを含むアルミ材料で被覆する工程と、 前記第１の電極材料の表面に自然酸化膜を形成する工程
   と、 前記自然酸化膜の上にシリコンを含む第２のアルミ材料
   を形成する工程と、 前記第１と第２のアルミ材料をパターニングして電極配
   線を形成する工程と、を含み、 前記自然酸化膜は前記アルミとの還元反応により大部分
   が消滅することを特徴とする半導体集積回路の製造方
   法。
2. 【請求項２】 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
   シリコンを含むアルミ材料で被覆する工程と、 前記第１のアルミ材料を付着した状態で逆スパッタ処理
   を行う工程と、 前記第１の電極材料の表面に自然酸化膜を形成する工程
   と、 前記自然酸化膜の上にシリコンを含む第２のアルミ材料
   を形成する工程と、 前記第１と第２のアルミ材料をパターニングして電極配
   線を形成する工程と、を含み、 前記自然酸化膜は前記アルミとの還元反応により大部分
   が消滅することを特徴とする半導体集積回路の製造方
   法。