JPS58500680A - 低抵抗合成金属導体を具えた半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
低抵抗合成金属導体を具えた半導体デバイスおよびその製造方法Info
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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】
半導体デバイス用低抵抗合成金属導体被覆及びその方法
技術分野
本発明は、半導体デバイス用金属導体システム(metauiza−tion
system)に関するもので、更(=具体的(二は、デバイス及び集積回路、
特に超LSI回路(=使用する低抵抗、良好な熱的、化学的安定性及び保護特性
を有する合成金属導体被覆(metauization)(1関する。
発明の背景
より高速、より複雑かつ高電力密度(二て動作することが可能な半導体デバイス
、集積回路を実現することか現在型まれている。従って、達成可能な性能は、典
型的(−はデバイス又は回路機能(二必要な種々の能動的半導体領域の幾何学的
ドーピングプロフィル(二より制限さnた。
これらの能動領域の大きさを主として減少することにより改良がなされてきた。
GHz (ギガヘルツ)周波数(二て動作するシリコン基板(siticon
based)電力用デバイス及び10万個以上の能動素子を含む超LSI回路は
、現在の技術状況の実例である。こ\(1使用されているよう(二、“デバイス
″とは、通常集積回路と云われる単一デバイス又は多重デバイスを云う。デバイ
スは、2個又はそれ以上の端子を有し、半導体領域、誘電体領域及び/又は金属
領域とから成る。
デバイス理論は、速度及び複雑さの改良がより小さな寸法に更にスケール(基準
化)することにより達成し得ることを予測している。然し、相互接続及び接触金
属導体抵抗が、基準化構造のデバイス及び回路性能を制限する顕著な要因(fa
ctor)となっていることが見出さtた。
直列”金属導体″抵抗は、金属−酸化物一半導体(MOS)デバイスを使用する
超大規模集積回路(VLSI)及び超高周波(UHF)構造におけるようにデバ
イス電極、デバイス相互接続用に多結晶半導体材料が使用される場合、特(二関
心がある。こ\で使用されるようC二、°金属導体″(metauizatio
n)とは、金属、半導体、金属間化合物又はそれらの組合せ又は合成体の何れか
から形成される半導体デバイス又は他の回路素子を接触させ又は相互接続させる
のに使用される導電性材料を云う。こ\に使用されるように、”多結晶″(po
ty)とは、多結晶材料、典型的には多結晶半導体を云う。例えは、ポリシリコ
ンは、多結晶シリコンを云う。更に、こ\で使用されている“インターメタリッ
ク”’ (intermetauic)とは、抵抗率が金属と半導体との略々中
間にあり、実質的(−1個又はそれ以上の金属元素と他の元素とから構成される
導電性化合物を云う。例えば、金属鈴化物、炭化物、窒化物及び珪化物の如き化
合物は、数々の金属間化金物を与える。
ドープド多結晶シリコンは、その多くの好適なしかも便利な特性のためにその比
較的高抵抗率(典型的C畷ま1000マイクロオーム−yn ) l二もか\わ
らず金属導体(被at)目的用に多く使用される。多結晶接触又は相互接続金属
導体層の直列抵抗は、それらを結合することにより、又は、金属間化金物の如き
低抵抗金属間化合物によりそれらを置換すること(二より減少できることは周知
である。広範な素子は、潜在的に有用な珪化物を形成できる。
珪化チタンは、その抵抗(約20マイクロオーム−m)が多結晶シリコンより極
めて小さいので特定の魅力的な候補であり、シリコンデバイス処理要件と両立し
ないように思われる。種々の珪化金属の特性特に半導体デバイス、回路C1使用
する珪化チタンは、下記の文献C二掲載されている。
L S、 P、 Murarka ”Refractory siticide
g for integrated circuit”Journatof V
acum 5cience and TeebTIol+Dgy July/A
ug 1980p775〜792
2、 S、 P、 Murarka 、 II B、 Frager” 5it
icide Formation in Th1n Co5puttered
(Titanium andSiticon ) Fi/!ms on Pot
ycrystauine 5itteen and 8iQ1”Journat
of Apptied Physics 、 Vot 51 、 Jan 19
80p350〜356
珪化チタンのような金属間化合物の珪化金属がデバイス又は集積回路構造(二導
入される場合C1幾つかの主たる困難性に遭遇する。第1(二、珪化物をエツチ
ングする物質は、またデバイス上(二与えられる酸化物層又は多結晶シリコン層
をもエツチングし、他の物質領に損害を与えることなく一様C二精密な畿何学境
界を達成することを極めて困難にしている。第2(=、珪化物層は、張力状態に
あるので、連続する熱サイクル中に珪化物領域の縁部にうねり(ridge)又
はとがり状部分(beak)を形成し、ブリッジにするのが困難である。こnは
、重畳した誘電体及び金属層において開回路又は短絡回路となる。第3に、大抵
の珪化物は、連続するデバイス処理に8いて遭遇する熱酸化雰囲気と反応し、直
列接触抵抗を減少する目的を否定する高抵抗率又は絶縁層を形成する。
湿式化学エツチング、乾式(プラズマ)エツチングの如き技術を形成する種々の
パターン及びリフトオフ(tift−off)z(ターンの発生は、珪化物と共
に使用するために試みられ、考慮されたが、実際の応用(二は充分成功していな
い。かくして、連続するデバイス又は回路処理ステップ(段階)と両立できる稍
密な続何学的低抵抗率の安定な金属層は、未だ達成されていない。
従って、本発明の目的は、半導体デバイス及び集積回路時ニジ9−7ンMO8−
VLSI回路に使用するための改良され接触相互接続金属導体構造を提供するこ
とである。
更C二、本発明の目的は、電流の流れC二対して低抵抗率を有テる半導体デバイ
ス及び回路用の改良された接触相互接続金属導体構造を提供することである。
本発明の付加的な目的は、エツチング及び酸化に対して改良された抵抗性を有し
、連続する製造段階を容易にするよう(二改良された機械的特性を有する金属導
体構造を提供することである。
更(二、本発明の目的は、半導体デバイス及び回路用の改良さ乙た金属台体シス
テムの製造法を提供することである。
更(二、本兄明の目的は、改良さねたリフトオフ技術(tift−off te
chnique)を使用して半導体デバイス及び回路用の合成金属等体システム
の改良された製造法を提供することである0、
発明の要約
これら及び他の目的、利点は、本発明に従って達成され、その場合、合成金属導
体構造は、丁(二あるデバイス表面、第1積層導電性金属間(化合物)層、前記
第1層とは異なる第2槓層導電性保護金属間(化合物)層、の積層体と両立でき
る任意のしかも所望のベース層から構成して与えられ、前記第2層は、第1層と
接触を容易にし、酸化を抑止し、エツチング保護を与え、引張ひずみ(tens
itestrain )を制御する。シリコン半導体、多結晶シリコンは好まし
いベース層であり、珪化チタンは好ましい第1金属間化合物j―であり、窒化チ
タンは好ましい第2金属間化合物層である。本発明は、更に、改良されたリフト
オフ技術(二よって希望する構造をつくる方法な具え、こ\でリフトオフ分離が
発生する場合には、希望する層は厚さが不均一で、より薄くなる。
図面の簡単な説明
第1図は、MO8集積回路の一部分の簡単化した理想断面図を示す。
第2図A、B、Cは、先行技術の多結晶シリコンベース層/珪化物会成金属導体
を使用する単−MOSデバイスのゲート領域の簡単化した断面を示す。
第6図A、B、Cは、本発明の金属間付成金風導体を使用する単−MOSデバイ
スのゲート領域の簡単化した断面図を示す。
第4図A−Hは、本発明の幾つかの生成段階中の単−MOSゲート合成金属等体
の簡単化した断面図を示す。
にするようにレジスト開口中に不均一堆積物(depo8i t )をつくるた
め堆積幾何学的図形の概略表示を示す。
好ましい実施例の詳細説明
第1図は、拡散領域12を有するシリコン基板11、薄い(ゲート)酸化物領域
16及び電界酸化物領域14を具えるMO8集積回路の一部10の理想化した断
面図を示す。
第1合成金風導体層15a−cは、ゲート領域15m、接触領域15b、及び相
互接続領域15eを具える。誘電体領域16以外の第2金属導体層17を分離す
る。不活性誘電体麺19は、全構造をシールし保護する。外部接続(図示せず)
は、不活性層19における層17の露出した貫通孔2oにおいて接触パッドにつ
いてなされる。本発明の含酸金属導体層は、金属導体15m 、 15b 、
15e及び17の何れか又はすべてに有用である。
第2図A、B、Cは、種々の処理段階中C二先行技術の合成多結晶シリコンと珪
化物金属導体とを有する単一シリコンMO8)ランジスタのゲート領域の簡単化
した断面図である。第2図Aにおいて、シリコン基板30は、その上に薄いゲー
ト酸化物層31、均一な多結晶シリコン層32、便宜的手段(二よりエツチング
され、珪化物ゲート領域34を形成する均一な金属間珪化物層33とを具える。
多結晶シリコンベース層32は、薄いゲート酸化物層31とうまく特徴づけられ
うまく制御されたインターフェイス39を与える。更に、層32は、金属間珪化
物層64からインターフェイス69まで酸化物により物質の拡散を防止するの(
二充分な厚さを具えるべきである。層32に対する典型的な先行技術の厚さの値
は、100〜200 nmの範囲にある。
第2図Bにおいて、珪化物層33及び多結晶(ポリ)ベー洩層32は、珪化物ゲ
ート領域34及び多結晶シリコンゲート領域35を構成するようC二選択的(ニ
エッチングされる。
下方切込み領域36は、多結晶層62が珪化物33より急速にエツチングされる
ためC二発生する。イオンミリングの如き異方性エツチング技術を使用すること
は実際的ではない。その理由は、イオンミリングは、酸化物層61(二到達して
も自動的に停止せず、酸化物層31は、薄く(即ち30〜120 nm ) 、
容易ζ二損傷を受けるからである。第2図C(−おいて、ドープしたソース−ド
レイン領域38は、典型的にはイオン注入C二より形成される。デバイスが70
0℃〜1200℃の範囲にて連続的に加熱処理又はアンニーリングを受ける場合
、珪化物領域54中に存在する残留引張応力によりうねり又はとがり状部分(b
eak) 37の変形をつくる。下方切込み36及びとがり部分37のAd 金
せは、ギャップを埋めるの(二困難であり、従って、第1図の誘電体層16と金
属導体17が適用されると、短絡又は不連続性が発生し、デバイスが故障を起す
ことになる。
第3図A、B、Cは、本発明(二よる改良されたデバイス構造の好ましい実施例
を図示するもので、第2図の先行技術デバイスの障害を回避している。第3図A
において、g9コン基板30は、その上に薄いゲート酸化物層ろ1、及び任意に
殆んど均一な多結晶シリコンベース層42mを具え、酸化物層31に対してイン
ターフェイス39の特性を制御する。第1多結晶ベース層421Lは、金属間化
合物44に対して拡散バリアとして作用しないから、数原子層となる程薄くてよ
い。この機能は、層42mと共C=実質的に均質である厚い第2多結晶ベース4
742bにより達成される。パターン形成した第2ベース層42bを載せた均一
な第1ペース層42&から成る2段階の多結晶層42の生成(第3図A、B)は
、いかなるパターン決定段階(二も先だって酸化物−多結晶インターフェイス3
9をシールする観点から望ましいものでぽあるが、そゎは本質的なものではなく
、均一な第1ベース層42mを省略できる(第3図C)ことは当業技術者にとっ
て明らかである。
多結晶ベース層42は、下にある半導体又は誘電体層に対してその低導電率と適
含性(compatibiti ty)のため(二選択された第1金属間化金物
珪化物層と、その導電率及び保護特性即ちエツチングと酸化に対して抵抗性を有
し、引張ひずみを制御する能力のために選択された第2金属間化含物保護キャッ
プ49とをその上に具える。こ\で使用されているように、′保護”とは、酸化
又はエツチング反応を抑止することにより処理されるデバイス又は半導体ウェハ
の連続処理中に遭遇する酸化雰囲気及びエツチング雰囲気(二対して下にあるフ
ィルム(薄膜)を保護する第2金属間化合物層の能力、表面のでこぼこを誘起す
る”とがり状”(beak)及び他の応力の生成を回避するためひずみを制御す
る能力、これらの効果は単−又は411.txわされて発生するとしても何れの
場合でもそれらの能力を云6′。
珪化チタンは、導電性金属間化付物層44用の材料の好ましい選択である。然し
、Zr 、Hf +VgNb 、Ta、Cr 、Mo 。
w、pe、Co 、Ni 、Pt及びPdの金属間珪化物は、また有用した多結
晶シリコンよりも低い抵抗率及び1300 ℃以上の最小2元共融合金の融点温
度を有する珪化物を形成する。
これは、望ましい特性の組合せである。
窒化チタンは、窒化タンタル又は窒化ジルコンのような他の物質もまた役に立つ
けれども、導電性と保護性の金属間化分物層49用材料の好ましい選択である。
窒化チタンは、適当(二導竜性を有するか(約22−μオームーα)。
緩衝したHF 、 HCt、 Ht(h −H2804又は液体又はガスを保有
するハロゲンにより容易(二おかされない。それは、また、好ましい珪化チタン
(=関し酸化性雰囲気中で1200 ℃まで安定であり、1200℃まで酸化性
雰囲気により退化されない。更に、第1金属間化合物層44と、例えば第1図の
層17の如きアルミニウム金属の如く積層される連続した金属等体との間に拡散
バリアを与えることができる。
第3図Bは、均一な第1多結晶ペース層42&の除去に伴う構成を示す。それに
は、湿式化学エツチング、プラズマエツチング、スパッタリング、イオンミリン
グ、又は反応性イオンエツチングのようないがなる便宜的なエツチング法が使用
されよう。窒化物キャップ49又は酸化物層31よりも速く多結晶シリコンをお
かす塩素化金物のように選択性エツチングを選ぶことが望ましい。適当なエツチ
ング手段は技術的に周知である。下方の切込み46は、層42mを薄く保つこと
により最小とされるか(第2図B)又は層42mを省略すること(二よって回避
される(第2図C)。
第3図Cにおいて、ドープしたソース−ドレイン領域38は、第2図Cの如く形
成され、700〜1200℃においてデバイスを加熱処理又はアニールした。保
護キャップ49は珪化物層44を安定化するために、うねり父は6とかり”を形
成しない。第3図Cは、均一な第1多結晶ベース層42mを省略して単一工程(
ステップ)(二てベース層42を形成することにより得られる構造を示す。これ
は、キャップ49が第1金属間化合物44、多結晶ベース層42の側面を被って
いるので、実質的に下方切込みを除去している。第3図B、Cの構造に他の層が
付は加えられ、第1図の如き完全なデバイスを提供できることは当業技術者(二
とって明らかである。
第2図の先行技術の構造は、半導体デバイス(二関し接触相互接続抵抗を減少さ
せるため実際的方法がわからなかった。その理由は、抵抗率、エツチング抵抗又
は選択性、熱的化学的安定性(即ち酸化抵抗)、機械特性(即ち熱膨張)、デバ
イス構造C二固有の反応表面と材料との両立性、等の必要とする組合せを有する
単一金属間化合物(即ち珪化物)又は多結晶ペースと金属間化合物の合成物を見
出すことは可能でなかったからである。第3図こと(二より先行技術の制限を回
避するものであり、この場合ベース層と第1金属間化合物は、デバイスと適合す
るインク・−フェイスを最高となし、直列抵抗を減少するように選択される。他
方、第2金属間化合物の保護キャップは、連続する処理段階(エツチング、酸化
、加熱処理等)との相互作用及び外部接触との納金を完壁にするようC二選択さ
れる。更(二、2つの金属間化合物は、冶金学的、化学的9機械的及び電気的(
二相互に両立できるものでなければならない。シリコン基板装置に対して、珪化
チタン、窒化チタンは、第1.第2金属間化合物の夫々に対して適含性がありか
つ好ましい材料のセットを構成する。
第4図A−Hは、シジコン基板MOSデバイスのゲート領域のケース(二対して
本発明構造の好ましい製造法を図示している。第3図及び第4図の両者は、非限
定的実例を意図している。本発明の構造及び方法は、他の接触相互接続領域を形
成するのに、また他の半導体材料の組合せに対して有用である。
第4図A、Bにおいて、シリコン半導体ウェハ6oは、そ]上に二酸化シリコン
誘電体層61を準備している。この例において、層61は、MOSデバイスのゲ
ート絶縁物として作用する。層61は、典型的には15〜150nmの厚さであ
り、特定の値が周知の方法により選択され、特定の電気特性を与える。酸化物イ
ンターフェイス65が汚染を受けないことを保証するように、清浄工程(cte
aning 5tep)を実行するのが好ましい。薄く殆んど均一な第1多結晶
半導体(即ちシリコン)ベース層62&が酸化物層61の上に被覆(形成)さ水
る。第1ペース層部分62&の厚さは、通常数原子層([15〜tonm)から
数百nm好ましくは20〜30 nmの範囲−二ある。層62ILは、インター
フェイス65を安定化するように作用し、特定のデバイス特性を与えるためドー
プしたn又はP型でよい。第1ペース層62&は、清浄C二するためC1好まし
いが、本質的なものではなく省略してもよい。
パターン形成層63は、ウニ八表面を被覆するために適用される(第4図C)。
ウニ八表面は、半導体領域、酸化物又は他の誘電体領域、金属導体領域又はその
組合せを含む。典型的(二は、rl、5〜2.5μmの範囲、好ましくは1〜1
.5μmの範囲の厚さを有する有機レジストが適用され、開口領域(大部分)6
4及び保護領域(リフトオフ部分)66を与えるよう(ニパターン形成される。
大部分の開口領域は、下方のウニ八表面まで貫通し、金属導体が形成されるのが
望ましい回路、デバイス又は相互接続領域(1実質的に大きさ、形状が対応する
6、大部分640幅68は、最終の金属導体パターンの幅を決定する。
開口部64の側壁面67は、垂直であるか又は開口部から外側に離れて傾斜する
ことが望ましいが本質的なものではない。側壁面の垂線(二関し10〜15°だ
け側壁面67の内部(二傾斜(開口部(二向って)Tることは避けるべきである
。開口領域(大部分)64及び閉じた領域(リフトオフ部分)66を形成するた
め、インターフェイス65を清浄にし、レジスト層をパターン化する誘電体層6
1、均一な第1多結晶ペース層62m及びレジスト層63の形成技術は、技術上
本質的に周知である。通常の正のホトレジストは、側壁面67を与えるが、典型
的には、側壁面の垂線(二関し10〜15°の内方傾斜角を与える。これは−満
足すべきものであるが、垂直面又は外側傾斜面よりも望ましくない。これらの垂
直面又は外側傾斜面は、僅かζ1異なる感光性又は溶解性を有し、従って領域6
4bが64mよりも多く開口するレジスト631L 、 63bを2層重ねた層
を利用すること(二よって得ることができる。
第4図りにおいて、第2多結晶ペース層部分62bをウェハ上に適用し、レジス
ト領域66(リフトオフ部分)を被覆し、また開口64(大部分)(=おいて露
出した表面上に形成する。範囲0〜200 nmの厚さが有用であるが、他方2
0〜30 nmが好ましい。層は、特定のデバイス特性を与えるためn又はp形
でよい。開口部64に形成された沈着層は、側壁67に隣接するに従って薄くな
り、実質的に零の厚さく二向って傾斜する。開口部64(二おいて第1ペース層
62m 、第2ペース層62bから形成さtた結付多結晶ベース層62bから形
成さnた結付多結晶ペース層62は、300 nm以下の範囲の充分な全厚さと
してインターフェイスを安定化すべきであり、引続いた処理(加熱)段階中に積
層した金属間化合物層69.70から他の元素の拡散を防止する。15〜60
nmは、良好な結果を与え、好ましいものであることが見出されている。2段階
にて層62を形成し、層62a 、 62bを与えることは、インターフェイス
の清浄さを保持する上で便利であるが、これは必須ではない。ベース層62は、
全部を均一な第1ペース層62aで形成してもよいし、全部をパターン化した第
2づ一ス層62b又は62&と62bの結合で形成してもよい。更に、多結晶ベ
ース層62は、多結晶シリコンの特性が周知で制御できるため(二MOSゲート
領域C二与えられるのが望ましいことが見出されているが、それは必須ではない
。多結晶層62は、省略されるか又は、部分的(二或いは全体的に引き続く処理
(加熱)段階中(二金属間化合物に変換される場合に、有用なデバイス、接触及
び/又は相互接続を得ることが可能となる。
第1.第2金属間化盆物層69.70は、ウェハ表面上(二沈着され、レジスト
リフトオフ部分66上の多結晶ベース層62b(若し存在すれば)を被覆し、ま
た開口部(大部分)64(二どいて露出した表面上(皿形成される。開口部64
において適用され、設定され及び/又は形成された沈着層(deposit)は
、側壁67に隣接するに従って零厚さに向って傾斜するので、層70は、大部分
64において層69゜62bを正角(二(conformauy)被覆する。層
69の厚さは、測定された抵抗率に基いて選択され、所望の直列抵抗値を与える
。より厚い層は、精確なライン幾何学的形成なより困難にするから、完成した金
属導体において所望の抵抗値を与えるため(二、必要とする厚さより厚い厚さを
使用することは殆んど利益を与えない。
珪化チタンは、第1金属間化合物層69(二好ましいものであるが、他の材料(
即ちZr 、Hf+VqNb 、Ta 、Cr 、Mo 。
W、 Fe 、 Co 、 Nj 、 Pt及びPd )の珪化物は、また役に
立つ。
然し、幾つかのもの(即ちNi、Pt、Pd)は、温度範囲を制限するであろう
。珪化チタンは、一般的に平均的組成Ti1tχにおいてシリコンリッチである
。こ\でχは0〜5の範囲であり、2.5〜6.5の範囲が望ましい。2以下又
は2に等しいχC二対して酸化抵抗は減成することが観察さね、4以上又は4に
等しいχに対してシート抵抗は増加する。50〜500 nmの範囲の厚さを有
する珪化チタン層は有用であり、200〜400 nmが好ましい。
窒化チタン(Ti Ny)は、第2金属間化金物保護キャップ層70として好ま
しい材料である。約20 mmの最小厚さは、有用なエツチング抵抗、酸化抵抗
、を与えることが見出され、”とがり’ (beak)部分の生成を抑止する。
典型的な厚さは、保護キャップ70(二対して60〜80 nmの範囲であるが
、約1100n以上シー増加すると殆んど利点がなくなる1、範囲300〜60
0 nm (二おける層62 、69及び7oの全厚さは、含理的なシート抵抗
、例えば約1オーム/口、サブミクロンのライン幅を達成する能力に対する必要
性の間の有用な妥協である。ベース層として約50 nmの多結晶シリコン、$
1金属間化合物層として300 nmの珪化チタン、第2金属間化合物層として
60 nmの窒化チタンを利用する典型的な構造は、19〜t2オ一ム/口の合
成金属導体シート抵抗値を与えた。これは、ドープト多結晶のみの比較できる程
の全厚さに対して典型的に得られる20〜25オ一ム/口の値を大幅に改善した
。
真空蒸着は、多結晶ベース層62bを設定し、第1金属間化含物層69を形成す
る好ましい方法である。両層は、単一のポンプダウン中C二、シリコン源を付勢
し多結晶ベース層62bを堆積させ(若し必要の場合)、次いでチタニウム源を
共通C二付勢し、チタニウムとシリコンを共通C二堆積して珪化物を形成させる
ことにより準備できる。
この方法は、特(二弾力的であり、化含物Ti Sixの堆積比χを容易に制御
、変更することを可能(二する。スパッタリングのような他の堆積法は、若し基
板温度が充分(二低く保持され、ウェハ上に与えられるリフトオフ部分66(二
耐える熱損失を回避するならば、使用できるであろう。
スパッタリングは、窒化チタンを形成するの(二好ましい方法であり、これは、
チタニウム標的を使用し窒素含有雰囲気中で実行される。組成はTiN(即ちy
=1)に近似するものと思われる。真空蒸着のような他の生成法は、レジスト領
域66がそれ(二より損われない限り、また使用可能である。
層62b 、 69及び70の準備方法は、改良されたリフトオフ特性及び構造
物の保護特性が、開口部64中の層62b。
69を取り決めることにより、即ち一般的C二形状が凸状であり、レジスト領域
66の側壁面67に近接するに従って零厚さに傾斜させることによって得られる
から、重要である。これは、真空蒸着装置において層62b 、 69の生成を
実行すること(二より達成され、蒸発源は、開口部64の中心から延びている面
の垂線軸(二関し同軸的(二固定されない。第5図Aは、蒸発中の実質的≦二点
蒸発源80、ウェハ基板81及び相対運動82の所望の幾何学配置を図示したも
のである。煮蒸発源80と基板81との間(二相対運動が存在するので開口部6
4の中心部分84は、実質的に煮蒸発源80に対して変らず(二露出されること
が望ましく、他方、側面部分86は、蒸発段階の一部分中に側壁67により陰に
される。相対運動は、回転、移動又はその組合せである。実質的C二点蒸発源は
、望ましいが必須ではない。煮蒸発源80に相対的(二基板81を回転させるプ
ラネタリ装置が満足すべき結果を与える。
第5因Bは、異なる成長段階じおいて又は連続する励85m 、 85b 、
85cの堆積後ζ二もたらされる堆積断面の概略的プロフィル85a〜85cを
示す。断面は、中心領域から側壁67の近傍の層の縁部(二向って零厚さに傾斜
する。
本発明方法(二よりつくられるか、本発明の構造に使用される薄膜に対して与え
られる膜厚値は、“中心厚さ″即ち層の中心領域85a〜85c C対応する。
通常、領域87a〜87c及び領域85a〜85cの厚さは同一である。
蒸発は好ましいけれども、スパッタリングは、また側壁を陰(ニするため(二傾
斜堆積をつくることができる。傾斜堆積のため(二、第4図の層70は、開口部
64C二おいて下方(二ある層62b 、 69を正角に被覆し、所望の1キヤ
ツプ構造をつくる。傾斜構造は、またリフトオフ部分のレジスト領域66上の堆
積87a〜87cと大部分の開口64の堆積85a 〜85eとの間に裂は目線
(break tine)を容易に与える(第5FNB参照)ので、リフトオフ
は清浄(=生成される。プラネタリ蒸発装置は、満足すべき結果を与えることが
見出されているが、広範な種類のソース−基板幾何構造が相対運動の有無にか\
わらず存在し、それは、側壁67上又はそれに近接して堆積層に裂は目又は薄い
領域層69 、70の生成(−続いて(第4因B)、リフトオフ部分のレジスト
領域66は、技術的に周知の適当な溶液中で溶解することによって除去されるか
又はリフトオフされる。レジスト領域66上にある層62b 、 69 、70
の部分は、それC二よってまたリフトオフされ、第4因Bの如き所望の金属等体
形状71を残し、レジストリフトオフ部分66の下方にある層62&の領域74
を露出する。第4因Bは、リフトオフ部分66の下方(二ある部分74を除去し
た後の構造を示す。キャップ@70は、合成金属導体71の層69゜62bの上
部及び側面を実質的C二保護するので、別個のマスク動作は必要でない。金属導
体71の領域62bの下方C二装置される層62mの領域75の下方切込みは、
先行技術よりも薄くすることができる。
別の方法として、層62mの層74は、領域74を酸化物(即ち5i(h )領
域76(二変換すること≦二より、例えば酸化雰囲気中でデバイス構造を加熱す
ることにより除去でさよう(第4図G)。金属間化金物の保護キャップ層70は
、実質的(二合成金属導体710層69 、62bの上部及び側面を保護し、そ
の上の酸化を抑止する。第41/Gの領域62bの下方にある層62mの領域7
5の薄しい酸化はない。酸化は、領域70の表面78の下方(二ある領域75の
境界77に実質的に延びる。50 nmの多結晶層は、乾燥酸素中で900℃C
:おいて1時間(二で直ちζ二酸化される。技術的に周知の他の酸化手段もまた
使用される。酸化領域76は、引き続く処理段階(二で使用するの(二便利なよ
うζ二保持されるか、又は技術的(二周知の方法、例えは多結晶シリコンをおか
さない選択的エツチング剤を使用することにより選択的(二除去される。この方
法により、金属導体71の層62aの領域75(=実質的な下方切込みは存在し
なくなる。
麺部分62bのみを形成することC二よって得られる構造は第4図H1二図示さ
れる。保護キャップ層70はこ実質的C二層69 、62の上部及び側面79a
〜79bを被覆する。ソース−ドレイン拡散72は、典型的には、植込みマスク
として合成金属導体71を使用するイオン注入により与えられるが、しかし他の
手段も使用できる。更C二、第4図Hi二は第4図A−Gの層62b、 bq
、又は70を形成するのC:使用されると同様な一般的技術により層70と同時
(二又は層70に引き続いて形成される誘電体絶縁層90を用意することが図示
さ牡ている。層90を実行するための装置(手段)及び材料の例は、プラズマ付
勢の気相成長又は蒸着。
或いはS i O2のスパッタリング、5tO1又は5iaN4をつくるための
酸素或いは窒素中におけるシリコンの反応性スパッタリング、或いはSiO2(
=至るまで酸化を継続したシリコンの蒸着、である。絶縁層90は、引き続く処
理段階において便利であり、MOSデバイスのソース−ドレイン接触(二対する
短絡を回避する。stowは好ましい材料である。
N90の生成と存在は、前述した領域76の除去を妨害しない。
合成金属導体71は、第1図の金属導体領域15a〜15eに対応し、ある部分
15aはゲート酸化物上につくられ、ある部分15bは生得体上に直接形成され
、ある部分15cは厚い酸化物上(一つくられる。通常の周知の処理段階は、第
1図の領域即ち層12 、13 、14 、16 、17及び19.接触領域1
B 、 20 、21を与えるのに使用される。珪化チタン及び窒化チタンの合
成金属導体用の処理段階は、非還元雰囲気罐二て堆積した金属間化金物材料を焼
結し又はアニールしてそれらの抵抗値を減少させるため1200℃までの温度に
て加熱する周期(サイクル)を含む。この焼結又はアニーリングは、連続処理中
いかなる時でも実行されるが、イオン注入が利用される場合には、注入の損害を
除くための注入後のアニールは、金属間化金物を更(二焼結し又はアニールする
の(二役立つ。焼結又はアニーリング段階は、省略してもよいが、合成金属導体
のより低l/)シート抵抗はノンタリング(焼結)/アニーリング(二よって得
られる。多結晶シリコン/珪化チタン/窒化チタン合成金属導体を窒素中で75
0℃まで加熱すると、低く安定な抵抗値をつくるのに役立つことが見出された。
他の金属間化合物(二対する焼結又はアニーリング温度は直も(=決定でさる。
その元系の共通堆積(二より金属間化合物!曽を生成する金属間化合物生成層(
即ちTi )は、所望の金属導体領域(二堆積され、下に存在する多結晶半導体
ベース層或いは単結晶半導体領域と珪化物を形成するまで加熱することにより適
当C二反応される。チタニウムの金属間化合物生成層は、シリコンと反応し、5
00〜1200℃の範囲の温度、好ましくは750〜1000℃の温度まで加熱
すること(二より珪化チタンを形成する。他の金属間化合物生成層及び/又は半
導体組合せ(二対する適当な温度範囲は直ち(二決定できる。対応する金属間化
金物を生成するように金属間化合物生成層を反応させる加熱段階は、第2金属間
化合物層の堆積の前後に実行されよう。非酸化雰囲気は、第2金属間化合物の堆
積に先だって反応させるのが好ましく、非還元雰囲気は、第2金属間化合物の堆
積後(二反応させるのが好ましい。それらの非反応性誘電体領域(即ち5i(h
、 5isN+)の上にある金属間化金物生成層部分は、金属性及び導電性を
残すことが期待され、それらの同一領域C二おいて共通堆積の金属間化合物とな
るようC二導電性パスを与えるため(二面−機能を逐行する。
同様に、その方法は、パターン形成層として有機レジストの使用C二より図示説
明されたが、それらは、表面上C二保持されることが希望される材料を著しくお
かすことなく、除去(リフトオフ段階)を達成するように選択的(=溶解できる
ならば、他の材料を使用できることは、当業技術者(二とって明らかである。
かくして、半導体デバイス及び回路用の改良された接触相互接続金属導体が本発
明(二より提案されたが、それは、電流の流れ(二対して低抵抗を有し、連続す
る処理段階を容易にTるようにエツチング、酸化に対して改良された抵抗を有し
、先行技術の如きうねり又は1とがり1(b@aks )の生成を避ける。更C
二、半導体デバイス及び回路用の含酸金属間化合物金属導体装置の生成方法の改
良が本発明も二より、特(二改良されたリフトオフ段階により提供された。
本発明は、特定のデバイス構造及び材料の組合せ(二よって説明されたが、その
概念は、広範囲のデノくイス及び構造、例えばMOSデバイス、パイボーラブノ
ーイヌ、ユニポーラデバイス、電界効果デバイス、オブトデノ(イス、サイリス
タ、キャパシタ、ダイオード、デノ(イス接触、デバイス相互接続等C二適用し
、広範囲の材料の組付せを使用できることは、当業技術者にとって明らかである
。
従って、本発明の精神と範囲内(二人るかような変形を包含することが意図され
ている。
!’/e、$8
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 を半導体デバイスの一部分の上(=形成した第1導電性金属間化合物層、 前記第1層とは異なり、前記第1層を変換して保護キャップを与え、前記第1層 と電気接続を容易(=する第2保護導電性金属間化付物層、を具え、前記第1. 第2層の組合せは菅成金属導体層を形成することを特徴とする付成金属導体構造 を具えた半導体デバイス。 2、前記半導体デバイスは、シリコンと、TiyZryHfpV*Nb、Ta、 Cr、Mo 、WFe 、Co、Ni 、Pt及びPdから成る群より選択した 金属と実質的(=結合したシリコンより成る第1層と、を具える前記請求の範囲 第1項記載のデバイス。 ろ、前記第1層は、Ti 、 Ta 、 Mo及びWから成る群より選択した金 属と実質的に結合したシリコンより成り、前記第2 +ttiは、窒素と実質的 に結合したTi、T’a又はZrより成る前記請求の範囲第2項記載のデバイス 。 4、前記第1層は、実質的(:TiSiアから成り、たゾしχは2.5〜3.5 の範囲にあり、前記第2層は、実質的Cニチタニクムと窒素の化合物から成る前 記請求の範囲第3項記載のデバイス。 5、前記第1層は、層断面の中央領域から断面の縁部(二向って苓厚さ(二傾斜 する断面を有する非均−厚さである前記請求の範囲第4項記載のデバイス。 64更に、前記第1導電性金属間化合物材料層の一部の下方で前記デバイスの一 部上に形成された多結晶半導体材料のベース層を具え、 前記第1導電性金属間化合物材料層は、前記多結晶半導体材料よりも低い抵抗率 を有する前記請求の範囲第5項記載の半導体デバイス。 l前記菅成金属導体(二より接触される領域を含む主表面を有する半導体ウェハ を提供し、前記主表面を第1多結晶半導体ペース層により被覆する工程、前記第 1ペース層をパターン形成層により被覆する工程、 前記パターン形成層に対し、接触される領域と実質的に一致し、側壁を前記主表 面に貫通させた開口を有する大部分と、接触されない領域(二実質的(一対応す るリフトオフ部分を与えるようにパターニングする工程、前記大部分内にあって 前記パターン形成層の前記リフトオフ部分の上(二ある第2多結晶半導体ペース 層を使用する(appty)工程、 前記第2ベース層上の第1金属間化合物導電層を設定と異なる第2金属間化金物 導電性保護層を形成する工程、 前記パターン形成層のリフトオフ部分とその上C二前記第2ベース層、前記第1 金風間化付物層、前記第2金属間化金物層を積み重ねた第1部分(第1積廟部分 )とをリフトオフする工程、 前記除去段階の結果として実質的に前記リフトオフ部分の下にある前記第1ベー ス層を露出させる工程、前記第1ベース層の露出部分を除去する工程、前記主表 面上で前記第1.第2ベース層、前記大部分C二実質的に対応する第1.第2金 属間化合物層より成り、合成金属体を構成する第2積層部分を元のま\残す工程 、 前記合成金属体を加熱、冷却し、前記合成金属導体を具える加熱冷却した合成金 属体をアニールする工程、を具え、 前記使用、設定工程は、前記第2ベース層及び第1金風間化貧物層を非均−使用 、設定する工程を具えるので、前記大部分(二おいて、前記第2ベース層及び第 1金−間化合物層は、前記大部分から前記大部分の側壁C1向う方向に零厚さに 傾斜する断面を具えることを特徴とする半導体デバイス用萱成金属導体の製造方 法。 σ前記付成金属導体(二より接触される領域を含む主表面を有する半導体ウニ/ %を与える工程、前記主表面をパターン形成層C二より被覆する工程、前記パタ ーン形成層(二対し、接触される領域と実質的に一致し、側壁を前記主表面まで 貫通させた開口を有する大部分と、接触されない領域(1実質的に対応するリフ トオフ部分を与えるようにパターニングする工程、前記穴部分内にあって前記パ ターン形成層のリフトオフ部分の上にある多結晶半導体ベース層を使用する工程 、 前記ベース層の上(1弟1金属間化付物導電層を設定する工程、 前記第1金属間化合物層の上に第1金属間化合物層とは異なる第2金属間化金物 導電保護層を形成する工程、前記パターン形成層のリフトオフ部分と、その上の 前記ベース層、前記第1金属間化合物層、前記第2金属間化合物層から成る第1 積層部分とをリフトオフテる工程、 前記主表面上で前記ベース層の第2積層部分、前記大部分に実質的に対応する第 1.第2金属間化金物層、合成金属体を形成する前記第2積層部分を元のま\に 残す工程、 前記合成金属体を加熱、冷却し、前記合成金属導体を構成する加熱冷却した合成 金属体をアニールする工程、を具え、 前記使用、設定する工程は、前記ベース層、第1金属間化合物層を使用設定する 工程を具えるので、前記大部分(二おいて、前記ベース層と第1金属間化会物層 は、前記大部分の中央部分から前記大部分の前記側壁(1向う方向に零厚さに傾 斜する断面を具えることを特徴とする半導体デバイス用合成金属導体を製造する 方法。 9前記付成金風導体により接触される領域を含む主表面を有する半導体ウエノ1 を与える工程、前記主表面をパターン形成層ζ二より被覆する工程、前記パター ン形成層(二対し、接触される領域と実質的(ニ一致し、側壁を前記主表面まで 貫通させた開口を有する大部分と、接触されない領域(1実質的(二対窓するリ フトオフ部分を与えるようにパターニングする工程、前記穴部分内(二あって前 記パターン形成層の前記リフトオフ部分の上(1第1金属間化合物導電層を設定 する工程、 前記第1金属間化会物層の上C二部1金属間化合物層とは異なる第2金属間化合 物導電保護層を形成する工程、前記パターン形成層のリフトオフ部分と、その上 の前記ベース層、前記第1金属間化菅物層、前記第2金属間化合物層から成る第 1積層部分とをリフトオフする工程、 前記主表面上で前記ベース層の第2積層部分、前記穴合成金属体を形成する前記 第2積層部分を元のま\C=残す工程、 前記合成金属体を加熱、冷却し、前記合成金属導体な構成する加熱冷却した合成 金属体をアニールする工程、を具え、 前記使用、設定する工程は、前記ベース層、第1金属間化曾物層を使用設定する 工程を具えるので、前記大部分において、前記ベース層と第1金属間化萱物層は 、前記大部分の中央部分から前記大部分の前記側壁(1向う方向(二零厚さC二 傾斜する断面を具えることを特徴とする半導体デバイス用曾成金属導体を製造す る方法。 1a前記含成金属導体により接触される領域を含む主表面を有する半導体ウェハ を与える工程。 前記主表面を第1多結晶半導体ベース層C二より被覆する工程、 前記第1ベース層をパターン形成層により被覆する工程、 前記パターン形成層C二対し、接触される領域と実質的に一致し、側壁を前記主 表面まで貫通させた開口を有する大部分と、接触されない領域C1実質的に対応 するリフトオフ部分を与えるようにパターニンググする工程、前記穴部分内にあ って前記パターン形成層のリフトオフ部分の上C二ある第2多結晶半導体ベース 層を使用丁前記第1金属間化会物生成層の上c二前記第1金臓間化金物生成層と は異なる第2金属間化会物導電保護層を形成する工程、 前記パターン形成層のリフトオフ部分と、その上の前記第2ベース層、前記第1 金属間化合物生成層、前記第2金属間化含物層から成る第1積層部分とをリフト オフする工程、 前記除去工程の結果として前記リフトオフ部分の実質的に下にある前記第1ベー ス層部分を露出する工程、前記第1ベース層の前記露出部分を除去する工程、前 記主表面上で前記第1.第2ベース層の第2積層部分、前記大部分≦二実質的( 二対窓する第1金属間化菅物生成層、第2金属間化合物層、合成金属体を形成す る前記第2積層部分を元のま\に残す工程、前記第1金属間化合物生成層と前記 第2ベース層とを反応させるように前記合成金属体を加熱、冷却して第1金属間 化令物導電層を生成させ、それ(二より前記第2金属間化合物層と前記第1ベー ス層と(二より前記合成金属導体を形成する工程、 前記使用、設定する工程は、前記第2ベース層、第1金属間化合物生成層を使用 設定する工程を具えるので、前記大部分(二おいて、前記第2ベース層と第1金 属間化付物生成層は、前記大部分の中央部分から前記大部分の前記側壁(1向う 方向C二零厚さく二傾斜する断面を具 、えることを特徴とする半導体デバイス 用合成金属導体を製造する方法。 1を前記合成金属導体により接触される領域を含む主表面を有する半導体ウェハ を与える工程、 前記主表面をパターン形成層(二より被覆する工程、前記パターン形成層に対し 、接触される領域と実質的に一致し、側壁を前記主表面まで貫通させた開口な刹 する大部分と、接触されない領域に実質的に対応するリフトオフ部分を与えるよ うにパターニングする工程、前記穴部分肉C二あって前記パターン形成層のリフ トオフ部分の上(二ある多結晶半導体ベース層を使用する工程、 前記ベース層の上に第1金属間化会物生成層を設定丁生成層とは異なる第2金属 間化会物導電保護層を形成する工程、 前記パターン形成層のリフトオフ部分と、その上の前記ベース層、前記第1金属 間化合物生成層、前記第2金属間化金物層から成る第1積層部分とをリフトオフ する工程、 前記主表面上で前記ベース層の第2積層部分、前記大部分に実質的C二対窓する 第1金属間化含物生成層、第2金属間化菅物層、合成金一体を形成〒る前記第2 積層部分を元のま\(二残丁工程、 前記第1金属間化合物生成層と前記第2ベース層とを反応させるようC二前記菅 成金属体を加熱、冷却して第1金属間化合物導電−を生成させ、それ(二より前 記第2金属間化合物層と共シニ前記合成金属導体を形成する工程、 前記使用、設定する工程は、前記第2ベース層、第1金属間化介物生成層を使用 設定する工程を具えるので、前記大部分において、前記ベース層と第1金属間化 菅物生成層は、前記大部分の中央部分から前記大部分の前記側壁に向う方向C二 零厚さに傾斜する断面を具えることを特徴とする半纏体デバイス用合成金属導体 を製造する方法。 12、前記合成金属導体により接触される領域を含む主表面を有する半導体ウニ /Nを与える工程、前記主表面をパターン形成層により被覆する工程、前記パタ ーン形成層に対し、接触される領域と実質的に一致し、側壁を前記主表面まで貫 通させた開口を有する大部分と、接触されない領域に実質的に対応するリフトオ フ部分を与えるようCニパターニングする工程、前記入部分肉にあって前記パタ ーン形成層のリフトオフ部分の上にある第1導電性金属化合物生成層を設定する 工程、 前記第1金属間化合物層の上に第1金属間化合@盾とは異なる第2金属間化金物 導電保護層を形成する工程、前記パターン形成層のリフトオフ部分と、その上の 前記第1金属間化曾物生成層、前記第2金属間化合物層から成る第1積層部分と をリフトオフする工程、前記主表面上で前記第1金属間化合物生成層の!42積 層部分、前記大部分(1実質的(二対窓する第1金属間化合物生成層、第2金属 間化合物層、合成金属体を形成する前記第2積層部分を元のま\(二残す工程、 前記第1金属間化会物生成層と前記第2ベース層とを反応させるよう(二前記台 成金属体を加熱、冷却して第1金属間化合物導電層を生成させ、それ(二より前 記第1金属間化付物生成層と前記第1.第2金属間化含物層とは前記合成金属導 体を構成する工程、前記使用、設定する工程は、第1金属間化合物生成層を使用 設定する工程を具えるので、前記大部分において、前記第1金属間化合物生成層 は、前記大部分の中央部分から前記大部分の前記側壁に向う方向(二零厚さく一 傾斜する断面を具えることを特徴とする半導体デバイス用含成金属導体を製造す る方法。
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