JPS5898963A - 半導体装置 - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- 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
- H01L23/532—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 characterised by the materials
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- H—ELECTRICITY
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-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置に係）、特に金属とシリコンとのオ
ーミック接触を有する半導体装置に関する。
ーミック接触を有する半導体装置に関する。
近年集積回路の高密度化が進むにつれて、ＭＯＳ（Ｍｅ
ｔａｌ ０ｘｉｄｅ ８ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
型の集積回路中のゲート電極配線や電極等の素材として
広く用いられるようになったものに、不純物添加多結晶
シリコンがある。しかしながら、この不純物添加多結晶
シリコンは、比抵抗が約１ｍΩ・はと高く、集積回路の
高密度化が進むにつれて、その配線抵抗が無視できない
事態になってきた。特に高速度の応答が困難になる点が
問題である。このため、最近ではモリブデン等の高融点
金属をゲート電極等の配線として用いることによシ、抵
抗を下げかつ安定な半導体装置を得ようとする考えが注
目されている。このモリブデン等の高融点金属は、比抵
抗が約１０μΩ・ｃｍと、不純物添加多結晶シリコンに
比して、約２桁も小さく、このため配線抵抗は十分に無
視できる程小さくなる。ｔた結晶粒径も小さく、微細加
工性に優れておシ、高密度集積回路等の配線材料として
多結晶シリコンにとって代るべき素材であると考えられ
る。
ｔａｌ ０ｘｉｄｅ ８ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
型の集積回路中のゲート電極配線や電極等の素材として
広く用いられるようになったものに、不純物添加多結晶
シリコンがある。しかしながら、この不純物添加多結晶
シリコンは、比抵抗が約１ｍΩ・はと高く、集積回路の
高密度化が進むにつれて、その配線抵抗が無視できない
事態になってきた。特に高速度の応答が困難になる点が
問題である。このため、最近ではモリブデン等の高融点
金属をゲート電極等の配線として用いることによシ、抵
抗を下げかつ安定な半導体装置を得ようとする考えが注
目されている。このモリブデン等の高融点金属は、比抵
抗が約１０μΩ・ｃｍと、不純物添加多結晶シリコンに
比して、約２桁も小さく、このため配線抵抗は十分に無
視できる程小さくなる。ｔた結晶粒径も小さく、微細加
工性に優れておシ、高密度集積回路等の配線材料として
多結晶シリコンにとって代るべき素材であると考えられ
る。
従来の高融点金属たとえばモリブデンゲート電極として
用い＆ＭＯａ型スタテスタティメモリ等の半導体装置に
於てはメモリ・セル領域を微小にするために、ゲート電
極の一部が、ＭＯＳ ）ランジスタのソースまたはドレ
イン等のシリコン（以下Ｓｔと記す）上の拡散層領域と
直接オーミック接触するいわゆるダイレクトコンタクト
と称する領域が存在する。第１図（ａｌに示すような回
路中のＭＯＳ）ランジスメ１０がその例である。第１図
（ａ）のＭＯＳ）ランジスタ１０の断面図は、第１図（
ｂ）のようになっておシ、高融点金属をゲート電極とし
て用いた場合、通常はソースとがる領域ｉｆｔ形成後、
ゲート電極２を形成して、その後イオン注入法によシト
レインとなる領域３に不純物注入を行う。その後、ドレ
イン領域の活性化を行うために、１０００℃程度の高温
熱処理工程が必要である。この際ソースとなる領域１と
ゲート電極２との接触が高温熱処理に対して、安定で良
好なオーミック接触が保存される必要がある。
用い＆ＭＯａ型スタテスタティメモリ等の半導体装置に
於てはメモリ・セル領域を微小にするために、ゲート電
極の一部が、ＭＯＳ ）ランジスタのソースまたはドレ
イン等のシリコン（以下Ｓｔと記す）上の拡散層領域と
直接オーミック接触するいわゆるダイレクトコンタクト
と称する領域が存在する。第１図（ａｌに示すような回
路中のＭＯＳ）ランジスメ１０がその例である。第１図
（ａ）のＭＯＳ）ランジスタ１０の断面図は、第１図（
ｂ）のようになっておシ、高融点金属をゲート電極とし
て用いた場合、通常はソースとがる領域ｉｆｔ形成後、
ゲート電極２を形成して、その後イオン注入法によシト
レインとなる領域３に不純物注入を行う。その後、ドレ
イン領域の活性化を行うために、１０００℃程度の高温
熱処理工程が必要である。この際ソースとなる領域１と
ゲート電極２との接触が高温熱処理に対して、安定で良
好なオーミック接触が保存される必要がある。
尚第１図（ｂ）において、ソース領域はゲート電極２と
接続されておシ、このゲート電極２は絶縁層２３で覆わ
れ、ドレイン領域には電極２４が設けられている。ま九
、ゲート電極２下は、絶縁層２６を介して、チャンネル
領域となるシリコン基板２５となっている。
接続されておシ、このゲート電極２は絶縁層２３で覆わ
れ、ドレイン領域には電極２４が設けられている。ま九
、ゲート電極２下は、絶縁層２６を介して、チャンネル
領域となるシリコン基板２５となっている。
ところで、一般に高融点金属は、Ｓｉとの６００℃程度
の比較的低温の熱処理によシ、いわゆるシリサイド反応
と呼ばれるＳｉとの化合物形成反応を生じ、高融点金属
シリサイドが形成される。また、１０００″０１！度の
高温では、この反応は極めて激しく、配線として３００
ＯＡ程度の膜厚の高融点金属を用いている場合、約２倍
の６００ＯＡのシリサイドが形成され著しい体積変化の
九めに、コンタクト孔部分と絶縁膜部分とで断切れが生
じたシ、また大きな応力の九めに電極が剥れ九）、シリ
コン基板に無数の欠陥を作った少する。その結果、接触
抵抗が極めて大きくなりｆｔり、回路がオープンになっ
た夛する九め、このようなダイレクトコンタクトをもつ
半導体装置に高融点金属を配線材料として用いる上での
大きな障害となっている。
の比較的低温の熱処理によシ、いわゆるシリサイド反応
と呼ばれるＳｉとの化合物形成反応を生じ、高融点金属
シリサイドが形成される。また、１０００″０１！度の
高温では、この反応は極めて激しく、配線として３００
ＯＡ程度の膜厚の高融点金属を用いている場合、約２倍
の６００ＯＡのシリサイドが形成され著しい体積変化の
九めに、コンタクト孔部分と絶縁膜部分とで断切れが生
じたシ、また大きな応力の九めに電極が剥れ九）、シリ
コン基板に無数の欠陥を作った少する。その結果、接触
抵抗が極めて大きくなりｆｔり、回路がオープンになっ
た夛する九め、このようなダイレクトコンタクトをもつ
半導体装置に高融点金属を配線材料として用いる上での
大きな障害となっている。
゛本発明の目的は、特に１０００℃程度の高温熱処理後
も安定で良好なオーミッタ接触を与える電極構造を有す
る半導体装置を提供することにある。
も安定で良好なオーミッタ接触を与える電極構造を有す
る半導体装置を提供することにある。
本発明によれば、Ｓｉと接触する部分に特に５００ム程
度の厚さのシリサイド層金形成し、その上に高融点金属
窒化物層を形成し九２層電極構造、又は必要に応じてそ
の構造上にさらに高融点金属層を形成した多層電極構造
を有する半導体装置が得られる。
度の厚さのシリサイド層金形成し、その上に高融点金属
窒化物層を形成し九２層電極構造、又は必要に応じてそ
の構造上にさらに高融点金属層を形成した多層電極構造
を有する半導体装置が得られる。
本発明は、次のような２つの知見に基づいて従来の問題
点を解決している。その１つは、高融点金属の窒化物は
１０００″Ｏ程度の高温熱処理によってもＳｉと殆んど
反応が起きず、シリサイド灰石のバリヤとなるというこ
とである。ｔｅ他の１つは、オーミック接触部分の抵抗
を小さくする九めにはクリサイド層がＳｉと高融点金属
窒化物層の間にある方が望ましいが、このシリサイド層
が厚い場合には高温熱処理後のストレスのために基板に
欠陥をつくったシ、あるいは剥がれが生じｔシする次め
に、結局１００λからｔｏｏｏλ程度の厚さが特に望ま
しいということである。ここで、モリブデン（以下ＭＯ
と記す）やタングステン（以応生底物が時間に比例する
ような反応律速であり、貴金属（金、銀）やニッケル（
Ｎｉ ）のよ５ＫＳ ｉとの反応が拡散律速で律速され
ているようなものとは、反応の機構が本質的に異なって
いる。
点を解決している。その１つは、高融点金属の窒化物は
１０００″Ｏ程度の高温熱処理によってもＳｉと殆んど
反応が起きず、シリサイド灰石のバリヤとなるというこ
とである。ｔｅ他の１つは、オーミック接触部分の抵抗
を小さくする九めにはクリサイド層がＳｉと高融点金属
窒化物層の間にある方が望ましいが、このシリサイド層
が厚い場合には高温熱処理後のストレスのために基板に
欠陥をつくったシ、あるいは剥がれが生じｔシする次め
に、結局１００λからｔｏｏｏλ程度の厚さが特に望ま
しいということである。ここで、モリブデン（以下ＭＯ
と記す）やタングステン（以応生底物が時間に比例する
ような反応律速であり、貴金属（金、銀）やニッケル（
Ｎｉ ）のよ５ＫＳ ｉとの反応が拡散律速で律速され
ているようなものとは、反応の機構が本質的に異なって
いる。
以下本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
第２図（ａ）において％ＰｆＪ！ｉの３ｉ基板１１上に
（資）■λの熱酸化Ｉｌｌ ２ｔ−形成し、次に拡散層
領域となるべき部分を部分的に開孔し、その上＆Ｃ４０
０人程度の熱酸化１［１３を形成する。その後この４０
０λの醗化膜１３を通してイオン注入法でヒ素イオン（
Ａ−ｓ”） ｔ−１００ｋｅｖ ５ｘｌｏ ｃｍ
で、８ｉ基板１１中に注入し、ｔｏｏｏ℃２０分の窒
素中での熱処理により、ヒ素イオンを活性化し、ｎ＋拡
散層１４を形成する。
（資）■λの熱酸化Ｉｌｌ ２ｔ−形成し、次に拡散層
領域となるべき部分を部分的に開孔し、その上＆Ｃ４０
０人程度の熱酸化１［１３を形成する。その後この４０
０λの醗化膜１３を通してイオン注入法でヒ素イオン（
Ａ−ｓ”） ｔ−１００ｋｅｖ ５ｘｌｏ ｃｍ
で、８ｉ基板１１中に注入し、ｔｏｏｏ℃２０分の窒
素中での熱処理により、ヒ素イオンを活性化し、ｎ＋拡
散層１４を形成する。
その後、第２図（ｂ）に示すように、コンタクト孔１５
に一開孔し、スパッタ法によシ第１のモリブデン膜１６
’に約３００大形成し、その後反応性スパッタ法によシ
窒化チタン（ＴｉＮ）Ｉｌｌ ７を約ＷωＡ形成し、さ
らに第２のモリブデン膜１８を１５０ＯＡ、 形成
する。この第３層目のモリブデン膜１８は配線抵抗を下
げるために形成したもので、ここにＴｉＮ膜に２５００
Ａ形成してもよい。このようにして形成されたｎ 拡散
層１４上の電極は、 Ｍｏ （ｉ ５００Ａ）／ＴｉＮ
（１０００λ）Δ０（３００λ）となっている、第１層
目の３００Ａ厚のＭｏは、その後のトランジスタ製造過
程により１０００℃程度の高温熱処理を受け、妓終的に
はＭＯ（１５００Ａ）／ＴｉＮ（１０００λ）／Ｍｏ
８１２ （６０’０λ）となる。これが第２図（Ｃ）で
あり、ｎ＋拡散層１４と接触する部分はモリブデン・シ
リサイド（ＭＱＳ ｉ ｔ ）ｇ ｉ ９となる。
に一開孔し、スパッタ法によシ第１のモリブデン膜１６
’に約３００大形成し、その後反応性スパッタ法によシ
窒化チタン（ＴｉＮ）Ｉｌｌ ７を約ＷωＡ形成し、さ
らに第２のモリブデン膜１８を１５０ＯＡ、 形成
する。この第３層目のモリブデン膜１８は配線抵抗を下
げるために形成したもので、ここにＴｉＮ膜に２５００
Ａ形成してもよい。このようにして形成されたｎ 拡散
層１４上の電極は、 Ｍｏ （ｉ ５００Ａ）／ＴｉＮ
（１０００λ）Δ０（３００λ）となっている、第１層
目の３００Ａ厚のＭｏは、その後のトランジスタ製造過
程により１０００℃程度の高温熱処理を受け、妓終的に
はＭＯ（１５００Ａ）／ＴｉＮ（１０００λ）／Ｍｏ
８１２ （６０’０λ）となる。これが第２図（Ｃ）で
あり、ｎ＋拡散層１４と接触する部分はモリブデン・シ
リサイド（ＭＱＳ ｉ ｔ ）ｇ ｉ ９となる。
第３図は第２図（ｂｌのような断面をもつ素子を窒素雰
囲気中で２０分の熱処理を施した場合の固有接触抵抗の
熱処理温度依存性を示す特性図である。
囲気中で２０分の熱処理を施した場合の固有接触抵抗の
熱処理温度依存性を示す特性図である。
特性曲線２１が本発明の本実施例に基づい九場合であシ
、特性曲線２２はモリブデンのみの電極の場合である。
、特性曲線２２はモリブデンのみの電極の場合である。
モリブデンのみの電極の場合は、７００℃以上の熱処理
では接触抵抗が極めて大きく増加しているのに対し、本
実施例の場合は僅かしか接触抵抗の増加はみられず、す
ぐれ九オー建、り特性を示すことがわかる。
では接触抵抗が極めて大きく増加しているのに対し、本
実施例の場合は僅かしか接触抵抗の増加はみられず、す
ぐれ九オー建、り特性を示すことがわかる。
以上のように、本発明によれば、特に１０００℃程度の
高温熱処理後も極めて特性の安定し九良好な８１金属と
のオーミック接触を有する牛導体装置を作ることができ
る。
高温熱処理後も極めて特性の安定し九良好な８１金属と
のオーミック接触を有する牛導体装置を作ることができ
る。
尚、本発明の実施例では、ｎ＋拡散層上のＭＯ８４！層
は、熱処理により形成し九が、これはあらかじめスパッ
タ法等で直接Ｍｏ５ｉｉを形成してもよい。
は、熱処理により形成し九が、これはあらかじめスパッ
タ法等で直接Ｍｏ５ｉｉを形成してもよい。
ま九、本発明の実施例においては、高融点金属シリサイ
ドとしてＭｏＳｉｇｔ−高融点金属窒化−としてＴｉＮ
ｔ−高融点金属層の高融点金属としてＭＯ１ｆ！：用い
九が、本発明はこれに限定されるものではなく、シリサ
イドや窒化物を形成する高融点金属又は高融点金属層の
高融点金属がＷ、タンタリウム（Ｔａ）等信の高融点金
属である場合にも有効である。
ドとしてＭｏＳｉｇｔ−高融点金属窒化−としてＴｉＮ
ｔ−高融点金属層の高融点金属としてＭＯ１ｆ！：用い
九が、本発明はこれに限定されるものではなく、シリサ
イドや窒化物を形成する高融点金属又は高融点金属層の
高融点金属がＷ、タンタリウム（Ｔａ）等信の高融点金
属である場合にも有効である。
第１図ｔ１）はダイレクトコンタクトを有するメモリ・
セル中の回路図、第１図（ｂｌは第１図（ａ）のダイレ
クトコンタクトを有するＭＯ８）ランジスタの断面図、
第２図（ａ）乃至第２図（Ｃ）は本発明の実施例のオー
ミック接触を説明する九めの断面図、第３図は第２図の
構成の素子から求めた固有接触抵抗の熱処理温度依存性
を示す特性図である。 尚図中、 １・・・・・・ソースとなる領域、２・・・・・・ゲー
ト電極、３・・・・・・ドレインとなる領域、１０・・
・・・・ＭＯ８）ランジスタ、１１・・・・・・Ｐ型Ｓ
ｉ基板、１２．１３・・・・・・熱酸化膜、１４・・・
・・・ｎ＋拡散層％１６，１８・・・・・・モリブデン
膜、１７・・・・・・窒化チタン膜％１９・・・・・・
モリブデン・シリサイド膜、２１・・・・・・窒化チタ
ン膜等を設けた場合の特性曲線、２２・・・・・・電極
をモリブデンのみで形成した場合の特性曲線、２３・・
・・・・絶縁膜、２４・・・・・・電極、２６・・川・
絶縁層、２５・・・・・・シリコン基板。 竿 １ 目 （ＯＬ） ４ 革２ｗＪ （α］ ＃２ 図（ｂ） 無蛎理基臭（０Ｃ） 革３酊
セル中の回路図、第１図（ｂｌは第１図（ａ）のダイレ
クトコンタクトを有するＭＯ８）ランジスタの断面図、
第２図（ａ）乃至第２図（Ｃ）は本発明の実施例のオー
ミック接触を説明する九めの断面図、第３図は第２図の
構成の素子から求めた固有接触抵抗の熱処理温度依存性
を示す特性図である。 尚図中、 １・・・・・・ソースとなる領域、２・・・・・・ゲー
ト電極、３・・・・・・ドレインとなる領域、１０・・
・・・・ＭＯ８）ランジスタ、１１・・・・・・Ｐ型Ｓ
ｉ基板、１２．１３・・・・・・熱酸化膜、１４・・・
・・・ｎ＋拡散層％１６，１８・・・・・・モリブデン
膜、１７・・・・・・窒化チタン膜％１９・・・・・・
モリブデン・シリサイド膜、２１・・・・・・窒化チタ
ン膜等を設けた場合の特性曲線、２２・・・・・・電極
をモリブデンのみで形成した場合の特性曲線、２３・・
・・・・絶縁膜、２４・・・・・・電極、２６・・川・
絶縁層、２５・・・・・・シリコン基板。 竿 １ 目 （ＯＬ） ４ 革２ｗＪ （α］ ＃２ 図（ｂ） 無蛎理基臭（０Ｃ） 革３酊
Claims (1)
- 金属とシリコンとの間にオーミック接触を有する半導体
装置に於て、前記シリコンとオー１．り接触をすべき部
分に高融点金属シリサイド層を有し、さらにその高融点
金属シリサイド層上に高融点金属窒化物層を有すること
を特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56197842A JPS5898963A (ja) | 1981-12-09 | 1981-12-09 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56197842A JPS5898963A (ja) | 1981-12-09 | 1981-12-09 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5898963A true JPS5898963A (ja) | 1983-06-13 |
| JPH0363224B2 JPH0363224B2 (ja) | 1991-09-30 |
Family
ID=16381241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56197842A Granted JPS5898963A (ja) | 1981-12-09 | 1981-12-09 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5898963A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58500680A (ja) * | 1981-05-04 | 1983-04-28 | モトロ−ラ・インコ−ポレ−テツド | 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 |
| JPS62145774A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-06-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体装置 |
| JPS62188223A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-08-17 | Sony Corp | 半導体化合物の製造方法 |
| US4900257A (en) * | 1985-03-30 | 1990-02-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of making a polycide gate using a titanium nitride capping layer |
| JPH06307751A (ja) * | 1993-04-20 | 1994-11-01 | Tatsuo Matsumoto | 保冷庫等における庫内循環型鮮度維持装置 |
-
1981
- 1981-12-09 JP JP56197842A patent/JPS5898963A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58500680A (ja) * | 1981-05-04 | 1983-04-28 | モトロ−ラ・インコ−ポレ−テツド | 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 |
| US4900257A (en) * | 1985-03-30 | 1990-02-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of making a polycide gate using a titanium nitride capping layer |
| JPS62145774A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-06-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体装置 |
| JPS62188223A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-08-17 | Sony Corp | 半導体化合物の製造方法 |
| JPH06307751A (ja) * | 1993-04-20 | 1994-11-01 | Tatsuo Matsumoto | 保冷庫等における庫内循環型鮮度維持装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0363224B2 (ja) | 1991-09-30 |
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