JPS59148349A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS59148349A
JPS59148349A JP2320583A JP2320583A JPS59148349A JP S59148349 A JPS59148349 A JP S59148349A JP 2320583 A JP2320583 A JP 2320583A JP 2320583 A JP2320583 A JP 2320583A JP S59148349 A JPS59148349 A JP S59148349A
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JP
Japan
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metal
contact
film
wiring
conductor
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Pending
Application number
JP2320583A
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English (en)
Inventor
Masanori Fukumoto
正紀 福本
Shozo Okada
岡田 昌三
Shohei Shinohara
篠原 昭平
Juro Yasui
安井 十郎
Koichi Kugimiya
公一 釘宮
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体装置において、高融点金属窒化物の配
線と、他の配線との良好なオーミックコンタクトを形成
する方法に関するものである。′従来例の構成とその問
題点 MO8型集積回路装置のグー1−2配線をMOの様な高
融点金属にすれば、配線抵抗による信号遅延がなくなシ
動作速度が上がる利点がある。ところがSi基板にイオ
ン注入でリード、ドレン層を自己整合的に形成する場合
、 MOゲー1−は十分な注入マヌクにならないので、
ゲートを窒化モリブデン(MO2N)  に変えて注入
を行うことが提案されている。MO2Nは、その比抵抗
が一般に広く用いられている不純物をドープしたPo1
ysi配線よシ殉程低く10oμΩ−し程度の金′属伝
導を示し、ゲート電極をその!ま延長した配線としても
適した材料である。
しかし、従来の方法に従ってMO2N配線の一部と、上
層部のAl / Si配線の一部を単に接触させて形成
シたコンタクトには、そのコンタクト抵抗が、デバイス
特性に悪影響を与える程度に大きくなシ得るという欠点
が存在することが判明した。
従来のコンタクト形成法においては、第1図に示す様に
、半導体基板1の表面に形成された絶縁膜2 上(7)
 MO2N配線3 J二K CV D SiO2膜4を
形成した後、その一部を除去してコンタクト窓5を開1
コし配線5の表面を露出させる(工程a)。次に露出面
をHF系の液に短時間浸漬するか、又はCF4ガヌを用
いて少しプラズマエッチした後、Al / Si合金か
ら成る配線6を形成するのであるが、配線6は半導体装
置の別の部分で基板1と接続しておシ、1と6のオーミ
ックコンタクトを形成する必要があるため400°C〜
600℃の熱処理をAl / Si配線6の形成後行う
(工程b)。
上記工程において、MO2N配線3を300mm。
A1/1・6%Sユよシなる配線5を1μmの膜厚に、
またコンタクト窓を3μmX3μmの寸法にし、工程(
b)での熱処理条件を450°030分、’480℃3
0分にしてコンタクト形成を行なった。その結果コンタ
クト抵抗Rcは熱処理前は約0・1Ωであったが、45
0°C30分の熱処理でRc = 2〜3Ω、480°
C30分の熱処理でRc :30〜420Ωにまで上昇
した。以上の様に従来の方法によって形成したMO2N
 −Al/Si 1・6% コンタクトはRcが大きい
上にバラツキがあって再現性に乏しい。これは、コンタ
クト抵抗による信号遅延や信号振幅の減少等の様な悪影
響をデバイス特性に与え、MO2N配線の有する抵抗が
低いだめの利点を損うものである。
発明の目的 本発明は、上記従来例に示した配線間のコンタクト不良
を解決できる製造方法を提供するものである。
発明の構成 本発明による配線間コンタクト製造方法は、MO2Nを
少なくとも含む配線の上層部配線とのコンタクト境界領
域に、両配線層を構成する原子の合金層を形成する工程
を含むものであり、この合金層によってコンタクト抵抗
を下げようとすゐものである。すなわち、たとえば下層
MO2N配線のコンタクトを形成すべき領域に金属膜を
蒸着接触、させ、この金属膜上かもイオン注入し、注入
イオン自体、あるいは注入イオンの衝突によって金属膜
構成原子がN02N中に浸入するノックオン効果などに
よってMO2N配線と薄い金属膜の合金層をつくシ又、
MO2N薄層を破ることができる。その後、上層配線を
形成する。さらに、本発明の別の方法は、下層MO2N
配線表面の、コンタクトを形成すべき領域にイオン注入
によって欠陥層を形成した後、欠陥層に接触して上層配
線を設けて熱処理し、欠陥による増速相互拡散によって
MO2Nと上層配線を構成する原子との合金層をコンタ
クト界面に形成するものである。
実施例の説明 第2図は本発明の第1実施例を示すMO8型半導体装置
の製造工程断四図である。基板11はP型5i111′
はN型のソース・ドレイン、12はフィールド用の厚い
5iOz膜、13はゲート酸化膜である。製造方法を説
明すると、工程aにおいて、SiO2膜1’3,12の
表面にスパッタ法等の手段によってMO2N膜を300
mmの厚さに被着して後、選択途去し、N02Nゲート
電極14、MO2N配線14′を形成する。次にcVD
sioz膜15を堆積し、その一部を開口して、ソース
・ドレンコンタクト窓17と共に、MO2N配線14′
に列するコンタクト窓16をつくる(工程b)。その後
全面にMo2Bを501mの厚さに蒸着し、Mo膜18
を通してAs+イオン19を180に8V。
1×1015〜I X 10”/ 2  の条件で注入
すれば0m 膜18のMo原子がMO2N配線14′に浸入し、配線
14′のコンタクト面にMoリッチのMo −N層がで
きる(工程C)。最後に膜18上にAl / Si合金
膜2oを1μmの厚さに蒸着した後、膜20 +18を
順次選択除去して上部配線を完成し、460第3図は本
発明の第2実施例を示すMO8型半導体装置の断面図で
ある。工程aは、第1実施例の工程aと同一であり、M
O2N膜を3001mの厚さに被着して、MO2Nゲー
ト電極14、MO2N配線14′を形成する。次いでC
VDSiO2膜15ヲ堆積し、ソー7・ドレンコンタク
ト窓17、MO2N配線上のコンタクト窓16を開口す
る。その後、100KeV I X 1015〜I X
 1016/2でl11 As+イオンを全表面に注入すると、コンタクト窓16
において露出しているMO2N配線14′の表面層の部
分に入射しだAs原子が格子欠陥をつくる申)。この様
にしてMO2N配線14′の コンタクト表面に欠陥層
を形成した後、Al / Si膜を1μmの厚さに蒸着
して配線20を形成し、熱処理を450’C,30分行
なう(工程C)。
この第3図の工程では、Mo2N1!1iil!線14
′の表面付近に欠陥が存在するから、Al / Si配
線2oとMO2N配線14′を構成するAl、  Si
、  MoN の相互拡散が、両配線20及び14′の
コンタクト部分16において450℃30分の熱処理に
よって助長されコンタクト界面に、両配線の合金層が形
成されるのである。
第4図は本発明の第3の実施例を示すMO3型半導体装
置の断面図である。゛工程乙において前記実施例と同じ
工程で作製された基板上にMO膜を300nl11の厚
さに被着して、ゲート電極22、配線22′を形成する
。Moは外部からの汚染に対するマスク性が小さいので
、本実施例では外部汚染の障壁となる5xvNaを保護
膜の一部として用いている。すなわちMO22,22’
J二に温度770°C1常圧CVD法で5isN4膜2
3を形成するのであるが、この工程で5i3Na膜の成
長に用いるHHsとMO22+22’が反応し、MOは
表面からMO2Nに変質する。次にCVD5i02膜2
4を形成した後、コンタクト窓16,1了を開口する(
工程b)。
この後MO膜18を5onm蒸着し、膜18上からAs
イオン19を100Kev1×1015〜1×101y
2m 注入し、(工程C)さらにAl / Si 1・6%2
0を1μm蒸着して膜20と18の配線パターンを形成
する。
下層のMO配線が工程途中でMO2Nにおきかわる場合
、第2実施例の方法も使用でき第3図においテCV D
 5i02膜15カ5isN4トCV D 5iO2(
7)二層膜となり、工程aで膜14.14’はMO1工
程す終了後はMO2Nとなっている。
以上に述べた3つの実施例では注入イオンをAsとした
31本発明のコンタクト形成法では、コンタクト界面に
合金層が形成されればよいのであるからAs以外のイオ
ン、例えばPCB等の不純物イオン、AI、  MOl
  W、  Ti、  Zr、  Hfl  Nb、 
 Tea  等の様な金属イオン、Ar、  He、 
 Kr、  Xe等の様な不活性ガヌイオンも使用する
ことができる。但し0、Hの様なガヌイオンは、コンタ
クト界面で配線金属の酸化物、窒化物をつくり、合金属
の抵抗すなわちコンタク)−抵抗を高くするから使用し
ない方が望ましい。
また通常の半導体装置の製造においては、コンタクト窓
がMO2N配線上の他、同時に半導体基板上にも開口さ
れるのが普通である。その場合、半導体基板と反対導電
型となる不純物すなわち基板がN型層のみであれば(た
とえばNMOSデバイスであれば)Bイオン、P型層の
みであれば(たとえばPMOSデバイスであれば)人S
およヒPイオン、P、  N両層のある時(たとえば0
MO8゜/(イボ−ラブバイス) As、  p、  
Bイオンの使用は不適当である。すなわちそれらのイオ
ンは、半導体基板に入って、たとえば最初のドナーアク
セプクによるキャリヤ濃度を下げ、Al / Siとの
コンタクト抵抗増加や拡散層の接合特性を劣化させるか
らである。
さらに本発明の第1実施例においては、」二層部配線の
一部としてMO膜18を用いたが、他の高融5壱金属W
、  Ti、  Ta、  Nb−川−やPt r A
u l Al/si。
Alやこれらの合金等を用いても、MO2Nとの界面に
イオン注入によシ合金層が形成できることは当然である
。高融点金属やPt、Auはその表面に薄い酸化被膜が
生成しても、Al / Si配線20との接触抵抗は十
分低く、はとんど影響を与えないがAl 、  Al/
 Siを膜18に用いる場合は安定なAl2O5がAl
 / Si配線2oの蒸着前に必ず成長するので膜18
と20の接触抵抗が若干高くなることは避けられない。
この様な理由から前者の金属を使用する方が望ましい。
また、本発明はMO2Nのみでなく一般に低抵抗で金属
伝導性を示す他の高融点窒化物に対しても有効である、 発明の効果 以上述べた様に、本発明によるコンタクトの形成方法で
は、イオン注入によって、MO2N等の高融点窒化物と
、上層部配線層との界面に両者を構成する元素からなる
抵抗の低い合金層を形成することができ、従来法の場合
の様に高融点窒化物と上部配線層との間に不連続な境界
を生じないから、コンタクト抵抗を著しく下げることが
できる。従って、高融点窒化物配線を用いるデバイスに
おいて、大きいコンタクト抵抗並びにそのバラツキに帰
因する特性劣化を防よし、高融点窒化物配線の低抵抗性
を生かした高速化、高性能化の実現にその効果を発揮す
るものである。また高融点金属膜配線を用いたデバイス
においても、そのプロセス途中において必然的に金属表
面が窒化する場合がある。例えば、高融点金属上に保護
膜Sis N4  を形成した場合のNHsとの反応に
よる窒化等であり、本発明はこの様なプロセスを通るデ
バイスに対するコンタクト形成にも有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図a、  bは従来のMO2N −Al / Si
  :I 、/ pクトを形成する工程を説明する工程
断面図である。 第2図a−dは本発明によるMO2N−Al/Si  
コンタクトを形成する工程を示す第1実施例の断面図で
あり、第3図a−cは本発明の第2実施例の工程断面図
、第4図a−dは本発明の第3実施例の工程断面図であ
る。 11・・・・・・P型S1.14・・・・・・MO2N
ゲート電極、1 4’  −−−=−MO2N自己線、
 1 5 ・旧= CV  D  Si 02 Jli
f、16・・・・・・MO2N配線とAl / Siと
のコンタクト窓、17・・・・・・ソース・ドレンコン
タクト窓、18°°°・・・Mo膜、191 21・旧
・・Asイオン、2o・・・・・・Al / Si配線
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第1
図 第2図 第3図 第4図 23

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基体の表面上に、少なくとも表面が窒化し
    た高融点金属膜からなる第1の伝導体を形成する工程と
    、前記第1の伝導体の表面の少なくとも一部と接触する
    ように金属又は合金膜を被着する工程と、前記金属又は
    合金膜上からイオン注入し、前記第1の伝導体及び金属
    又は合金膜の界面を含む領域に前記第1の伝導体及び金
    属又は合金膜両方からの元素を含む金属層又は合金層を
    形成する工程とを含むことを特長とする半導体装置の製
    造方法。 Q)半導体基体の表面上に、少なくとも表面が窒化して
    いる高融点金属膜からなる第1の伝導体を形成する工程
    と、前記第1の伝導体表面上の一部領域にイオン注入す
    る工程と、少なくとも前記イオン注入された領域の一部
    に接触するように金属又は合金膜を被着して第2の伝導
    体としだ後熱処理し、前記第1及び第2の伝導体の界面
    を含む領域に、前記第1及び第2の伝導体両方からの元
    素を含む合金層を形成する工程とを含むことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
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