JPS58103168A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS58103168A
JPS58103168A JP20407081A JP20407081A JPS58103168A JP S58103168 A JPS58103168 A JP S58103168A JP 20407081 A JP20407081 A JP 20407081A JP 20407081 A JP20407081 A JP 20407081A JP S58103168 A JPS58103168 A JP S58103168A
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竹内 透
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藤田 一朗
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敏彦 小野
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    • H01L23/532Arrangements 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 characterised by the materials
    • H01L23/53204Conductive materials
    • H01L23/53209Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
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    • HELECTRICITY
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    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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    • H01L29/456Ohmic electrodes on silicon
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    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 tal  発明の技術分野 本発明は半導体装置に係り、特に半導体基板とオーミッ
ク接触する電極配線の改良に関する。
(b)  従来技術と問題点 tsr、超tSt等の半導体装置の電極配線材料にはア
ルミニウム(A7りもしくはアルミニウム合金が多く用
いられている。AIは電気抵抗が小さく且つ半導体例え
ばシリコン(Sりとの接触抵抗を小さくなし得る等の長
所を有するが、その反面Siと反応しやすいため、電極
配線形成後のアニール工程等の加熱処理工程において、
Al中へStが容易に析出し、その結果シ緩ットキバリ
ア・ダイオード等の特性が劣化する。
このような問題を防止するため、第1図に示すように、
St基板1表面と二酸化シリコン(Sin。
−)、或いは燐シリケートガラス(PSG)層等よりな
る絶縁膜2に開口されたコンタクト窓3においてコンタ
クトする電極配線4を、第1のAnt層5、Ti、W、
Moのような高融点金属層もしくはその合金層例えばT
iu層6、及び第2のAJ層7からなる3層構造がかね
てより用いられている。この構造はTi1.Ti−等が
AIともSiとも反応しないことを利用したものであっ
て、上述の如< TiWよりなる薄層6を第1及び第2
のAj!層5,6の間にバリア層として介在せしめるこ
とにより、Stと反応するANの量を第1のAJ層5の
みに限定し、もってStの析出量を一定量以下に制限し
得るようにしたものである。
半導体装置の電極配線をかかる構造として、Aj!配線
中への基板55の過剰な拡散を防止することにより、前
記電極配線を形成した後においても、凡そ450(’C
)以下の温度であれば、半導体装置の電気的特性を劣化
させることなく加熱処理を施すことが可能となった。し
かし昨今では素子の組立工程の自動化等のため、素子の
耐熱特性として少なくとも500(’C)の温度にさら
されても異常のないことが要請される趨勢にある。
上記500(℃)という高温下においては、上述の従来
の電極配線構造はAlとStの反応を抑止するバリア性
を失い、前記第2(上層)のAN電極配線中への基板S
iの過剰な拡散を生じ、半導体装置の電気的特性が劣化
する。
tel  発明の目的 本発明の目的は上記問題点を解消して半導体装置の耐熱
特性を向上せしめることにある。
ld)  発明の構成 上記目的は本発明において、半導体基板表面より導出さ
れた電極配線層を、アルミニウムもしくはアルミニウム
合金もしくはアルミニウム合金の硅化物よりなり前記半
導体基板とオーミック接触せる第1の薄層と、該第1の
薄層上に形成されたTiJ、Mo、Zr、Cr、Hf、
Nb、V、Ni、 Pt、Ta、Pd及びその合金の中
から選ばれた一つよりなる第2の薄層と、該第2の薄層
上に形成されたアルミニウムの硅化物もしくはアルミニ
ウム合金の硅化物よりなる第3の薄層とからなる構成と
したことにより達成される。
18)  発明の実施例 以下本発明の一実施例を図面により説明する。
第2図は本発明により製作した半導体装置の一実施例と
してのnpn型のバイポーラ型半導体装置を示す要部断
面図、第3図はその製造方法を示す要部断面図である。
第2図において、lはp型のS+基板、2は絶縁膜で例
えば二酸化シリコン(Sin、 )膜、!1.12゜1
3はそれぞれベース電極、エミッタ電極、コレクタ電極
で、いずれもアルミニウム(A1)よりなる第1の1I
jl14.Tiよりなる第2の115. Siの含有量
が約1 〔%〕のアルミニウム(AI)の硅化物(J2
+下AI/Siと略記する)よりなる第3の薄層16と
が積層された3層構造を有する。上記第1゜第2.第3
のII)114,15.16の厚さは、例えばそれぞれ
凡そ1000,1000.6500 (人〕とする。ま
た17はn型のエピタキシアル層でコレクタ領域、1B
はn÷型の埋込み層、19はp型のベース領域、20.
21はn+型領領域それぞれコレクタコンタクト領域、
及びエミッタ領域、22はV型のアイソレージ替ン領域
である。
上記本実施例の半導体装置は、3層構造の各電極11,
13.14をいずれも、第1の層14を基板S+とのオ
ーミック接触形成容易なAIよりなる薄層、第2の層1
5をTiよりなる薄層、W2Bの層16をStの含有量
が約1 〔%〕のAI/Stよりなる薄層とした点が従
来の半導体装置と翼なるのみで、他はなんら変るところ
はない。
次に第3図tal〜(C)により本実施例の半導体装置
の製造方法を説明する。
第2図(JklはSi基板1表面に所定のnpn型バイ
ポーラ半導体素子の形成を完了し、基板1表面を被覆す
るSin、膜2を選択的に除去して、ベース電極窓23
.エミッタ電極窓24.コレクタ電極窓25を開口した
状態を示す。ここ迄の工程は通常の製造工程に従って進
めてよい。
次いで同図(b)に示すように、上記Sin、膜2上を
含む基板1上全面に、例えばスパッタリング法によりA
 I、 Ti、 AI/Si (Stの含有量的1%)
を順次積層して被着せしめ、第1.第2.第3の薄層1
4.15.16を形成する。
ついで同図(C1に示すように、上記第3の薄層16上
に所定のパターンに従ってホトレジスト膜26を形成し
、これをマスクとして例えばCCI、やBCI、、  
CI!、等のような塩素系の反応ガスを用いてドライエ
ツチング法により上記第1.第2゜第3の薄層14,1
5.16を選択的に除去することにより、ベース電極1
1.エミッタ電極12.コレクタ電極13を形成する。
このあと前記マスクとして用いたホトレジスト膜26を
除去して、本実施例の半導体装置の完成体が得られる。
なお上記エソチング工程において、第3の薄層をAl層
とした従来装置においてはパターンエツジが虫食い状態
となるのに対し、本実施例のようにAl/Siを用いた
場合にはかかる虫食い状態を生じることがなく、シャー
プにエツチングされるという副次効果がある。
以上のようにして得られた本実施例の半導体装置の耐熱
特性を、従来装置と比較して第1表に示す。
下記第1表に示す2種類の試料は、第1の薄層14はい
ずれもA1層とし、第2の薄層(バリア層) 15には
いずれもTi層を用い、第3の薄層16は従来装置はA
1層を、また本実施例ではAl/Si(St1%)層を
用いて形成したものである。第1表に、これらの試料を
それぞれ窒素(N、)雰囲気中において同表に示す温度
で約30分間アニールを行った後、第3の薄層を除去し
て第2の薄層を霧出せしめ、これを顕微鏡で観察した結
果を示す。
第1表 (注)バリア層二Ti 同表に見られる如<450(℃)においては両者とも不
良は全(発生しないが、500(’C)では従来装置は
全数バリア層が消失したのに対し、本実施例では異常を
聰められたものは1例もなかった。
しかし500(℃)においては両者とも全数バリア層が
消失した。
第2表はバリア層15をTI一層としたもので、この場
合は従来装置のバリア層15は500℃においてもなお
残存していたが、いずれも局部的にバリア層15の破れ
が認められ、前記第1表の試料と同様にバリア層として
の機能は消失した。これに対し本実施例にはなんら異常
を認められなかった。しかし550℃では両者とも全数
バリア層15は消失した。
第2表 (注)バリア層:Ti/W 14図は、上記t11.1 及ヒ第a (7)lljl
14.161、いずれもAl/SS層とした本発明に係
るバイポーラ型半導体装置と、いずれもAl層とした従
来構造のバイポーラ型半導体装置を、凡そ500℃で約
30分加熱処理を施した場合のエミッターベース間耐圧
の不良発生率を示す図で、曲線Aは本実施例の、曲線B
は従来装置の不良率を示す。上記2種類の半導体装置は
いずれもエミッタ及びベースの深さをそれぞれ約0.7
.0.9 (μm〕に形成し、第2の115は前記Ti
一層を用いて形成した。また前記第1及び第3の薄層1
4.16の厚さはいずれも、約1500 (人)及び6
500 C人〕とした。
同図に見られる如(従来装置にといては、バリア層15
として用いたTiW層の厚さに依存することなく殆どが
不良となる。これに対し本実施例の不良発生率は極めて
僅かで、これからも本実施例の効果が理解されよう。但
し上記構造の場合には、Ti一層の厚さを極端に薄くす
ると膜厚の不均一性が相対的に大きくなるため、Ti一
層の厚さは凡そ100〔人〕程度が実用上の下限と思わ
れる。またTi一層の厚さが凡そ1500 (人〕を越
えると不良率の増大が認められること、及びTi層層は
電気抵抗が高いので余り厚く出来ないことから、この程
度を上限とすることが実用上望ましいようである。
但し第2の薄層15の厚さは特に限定する必要は無く、
上層及び下層の第1.第3の薄層14.16の厚さ及び
Sjの含有量、更にはエミッタやベースの深さ等により
、種々選択さるべきものである。
第5図は、上記第4図の試料と同一構造の電極を用いて
形成したシ醋ットキバリア・ダイオードの順方向電圧V
Fを、Ti一層の厚さとの関係で示す図である。なお上
記シーツトキバリア・ダイオードの面積は凡そ256〔
μm2〕で、試料は測定に先立ち約450℃で凡そ30
分加熱処理しである。同図に見られる如く本実施例のシ
ーツトキパリア・ダイオードの順方向電圧は、従来装置
より凡そ数lOmV高くなるが、半導体装置を実際に使
用する際の動作の安定性を確保するためには、従来装置
の順方向電圧は若干低過ぎる傾向にあり、この点からも
むしろ望ましい結果が得られた。
第6図及び第7図は前記第2の115をTiN層及びT
i層を用いて形成したシーットキパリア・ダイオードの
順方向電圧の、シーソトキバリア・ダイオード面積及び
アニール温度との関係の一例を示す図である。同図に見
られる如くシーツトキバリア・ダイオードの順方向電圧
の安定性から見ると、バリア層としてはTiまたはTi
−等の高融点金属またはその合金よりも、TiNのよう
な窒化物の方がより望ましいようである。
このように本実施例では1112の薄層15のバリア性
が向上したことにより、半導体装置の耐熱特性が改善さ
れ、且つ半導体装置の製造歩留が向上する。
なお本発明は前記実施例に限定されるものではなく、更
に種々変形して実施し得るものである。
例えば第2の薄層(バリア層)は71層、 TI一層T
iN層に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記
載した各高融点金属またはその合金よりなる薄層であれ
ばよい。
また第1の薄層14は^1/S1層とすることが望まし
いが、この第1の薄層はたとえAlにより形成しても、
その後に引き続く加熱処理工程でSiが容易に飽和する
ので、強いてAl151層とする必要はなく、At’層
であってもよい。
上記第1の114の厚さも前記一実施例の凡そ1000
 (人〕に限定されるものではなく、凡そ500〜20
00 (人〕としてよい。
第3の薄層16の厚さは電極配線の電気抵抗を低くする
ため成程度厚いことが必要で、約5000 (人〕以上
とすることが望ましい。
また上記第1及び第2の薄層14.15は銅(Cu)を
例えば4%程度含有したアルミニウム→−シリコン(A
 12−Cu−3i)合金のようなアルミニウム合金の
硅化物を用いて形成することも出来る。
第2の115の厚さは実用上凡そ100〔人〕以上必要
である。これの厚さの上限は特に限定する必要はなく、
使用する材料の種類や、第1及び第3の薄層14.16
 、更には半導体装置の設計等を考慮して選択されるべ
きものである。
更に本発明はバイポーラ型半導体装置に限定されるもの
ではなく、本発明を用いていかなる種類の半導体装置を
も製作し得る。
また本発明の半導体装置を製作するための製造工程も前
記一実施例に限定される必要のないことも、容易に理解
されよう。
(f)  発明の詳細 な説明した如く本発明によれば半導体装置の耐熱特性が
改善され、半導体装置の電気的特性及び製造歩留が向上
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置の問題点の説明に供するため
の要部断面図、第2図は本発明の一実施例を示す要部断
面図、第3図は上記一実施例の製造方法を説明するため
の要部断面図、第4図〜第7図は本発明の効果を示す曲
線図である。 図において、1は半導体基板、2は絶縁膜、4゜11.
12.13は電極配線、14は第1の薄層、15は第2
の薄層、16は第3の薄層を示す。 第1世    4 第2図 第3閏 (1”11 第3図 LC> 第4図 □TiW層膜摩(A)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体基板表面より導出された電極配線層が、アルミニ
    ウムもしくはアルミニウム合金もしくはアルミニウム合
    金の硅化物よりなり前記半導体基板とオーミック接触せ
    る第1の薄層と、該第1の薄層上に形成されたTiJ、
    Mo、Zr、Cr、Hf、Nb、V、Ni。 Pt、Ta、Pd及びその合金の中から選ばれた一つよ
    りなる第2の薄層と、該第2の薄層上に形成されたアル
    ミニウムの硅化物もしくはアルミニウム合金の硅化物よ
    りなる第3の薄層とからなることを特徴とする半導体装
    置。
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