JPS5961146A - 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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JPS5961146A
JPS5961146A JP17137482A JP17137482A JPS5961146A JP S5961146 A JPS5961146 A JP S5961146A JP 17137482 A JP17137482 A JP 17137482A JP 17137482 A JP17137482 A JP 17137482A JP S5961146 A JPS5961146 A JP S5961146A
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JP
Japan
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film
melting point
semiconductor device
contact hole
conductor
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JP17137482A
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English (en)
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Masaki Sato
正毅 佐藤
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に係わり。
詳しくは配線形成方法の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
半導体装置、特に集積回路においては、高集積度を達成
するため、素子寸法の小形化が必要となる。最近では、
光露光技術や電子ビーム露光技術等の進歩により、1ミ
クロン或いはサブミクロン寸法の素子が研究開発されて
いる。これに伴い、電気的接続をとるための孔(コンタ
クトホール)も1ミクロン程度の寸法を実現する必要が
高まっている。
コンタクトホールの寸法が2ミクロン程度の場合、半導
体装置の製造は一般に次のようにして行われる。まず、
素子形成工程が施された半Jj体基板上に絶縁物として
のシリコン酸化膜な被着したのち、ゲッタリング効果の
あるPSG膜をさらに被着し、1〜1.5[μm〕の絶
縁膜を形成する。次いで、1ooo(’c)程度の高温
で熱処理したのち、絶縁膜の所定の部分にコンタクトホ
ールな開孔する。続いて、蒸着法やスパッタ法等を用い
、全面にAe−8i合金膜を1〔μm〕程度彼着する。
次いで、Al−81合金膜上にフォトレジスト膜からな
る配線パターン(レジストパターン)を形成し、このレ
ジストパターンをマスクとして1例えばCC# 4+ 
” Z 2混合ガスによりドライエツチングを行うこと
によって配線層が形成される。この後、基板全体を50
0 C℃)程度に加熱することによって、素子とAA−
8i合金膜とのオーミック接触が得られ、配線層による
電気的接続が可能となる。
ところが、このような配線形成方法を1ミクロン或いは
サブミクロン寸法のコンタクトホールに適用した場合、
コンタクトホール内のAA−S i合金膜の被着性が悪
化し、第1図に示す如(コンタクトホール内のAA−8
i合金膜の膜厚が極端に薄くなる。このため、配線の信
頼性が低−F L 、素子動作に問題を生じる。なお。
第1図中1はシリコン基相、2は拡散層、3は絶縁膜、
4はコンタクトホール、5は導体膜(AA  S i合
金膜)を示している。また、半導体装置が小形高性能化
するに伴い拡散層20深さXiは浅くなり0.2〜01
〔μm〕程度のものも必要とされるが、この場合hp−
8i膜5と拡散層2とが萌g己500 (℃]の加熱時
に反応し接合を破壊したり、リーク電流が増大する等の
問題も発生する。さら:二、上記加熱後にA /=  
S 1合金膜5中の拡散層2の近傍にAA−S i中の
81が析出し、コンタクトホール部分で配線の゛心気抵
抗が増大する等の不都合も招いた。
一方、  (glectrochemiclII 5o
ciety 1982Spring Meeting 
Bxtencled Abstruct A 228 
)に見られるように、第2図に示す如(AA等の8体膜
5の下に多結晶シリコン膜6を形成する方法が考えられ
ている。しかしながら、この種の方法では多結晶シリコ
ン膜6の存在(二より。
コンタクトホール4での配線抵抗が増大してしまい、さ
らしAlと8iとの反応により信頼性が低下すると云う
欠点は依然として残されている。さらに、エレクトロマ
イグレーVヨンも発生し易い。すなわち、AI!/中(
−アニールや通電等によりAAと81との合金が形成さ
れると、その部分の抵抗が高いために発熱し易くなり。
最悪の場合は断線に至ると云う問題があった。
また、コンタクトホール4内での抵抗増大を防ぐには、
多結晶シリコン膜6に不純物をドープすることが必要と
なるが、この場合イオン注入工程や熱工程等が必要とな
り工程の複雑化を招く。さらに、C−MO8型半導体装
置の異なる4電タイプの高a度拡散餉域間或いは多結晶
シリコンゲート間を配線層で接続する場合、Aβ配線下
の多結晶シリコン膜に異なるタイプの不純物tドープし
、多結晶シリコン膜の導電タイプを変える必要があり、
その工程が一層複雑化する等の問題があった。
また、この種の従来方法では、配線層形成後の基板表面
の財1凸が大きくなり、後工程であるパッシベーション
膜の形成工程や2層目以後の配線形成工程の信頼性が低
下する等の問題もあった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、微細なコンタクトホールを用いる際に
おける導体膜の膜厚減少及びAA、とSiとの反応等に
起因する配線抵抗の増大を防止することがCき、配線の
信頼性向上及び集積度向上をはかり得る半導体装置の製
造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、AA等の導体膜下に高融点金属若しく
はそのシリサイド膜を形成することにある。
すなわち本発明は、コンタクトホールを介して導体膜と
の電気的接続をとる半導体装置の製造方法において、素
子形成工程が施された半導体基板上に被着された絶縁膜
の所定部分にコンタクトホールな形成したのち、気相成
長法を用い全面に高融点金属若しくは高融点金属シリサ
イドからなる第1の導体膜を′f&着し1次いでこの第
lの導体膜上に低融点金属からなる第2の導体膜を被着
し5次いでこのり42の導体膜を加熱浴融し、しかるの
ち上記第2及び第1の導体膜を所望パターンに選択エツ
チングするようにした方法である。
また本発明は、素子形成工程が施された半導体基板上に
被着された絶縁膜の所定部分にコンタクトホールな形成
したのち、気相成長法を用い全面に多結晶シリコン膜な
被着し、次いで気相成長法を用いこの多結晶シリコン膜
上に高融点金属からなる第1の導体膜をIl、着し1次
いで上記多結晶シリコン膜と第1の導体膜とを反応させ
て高融点金属シリサイド膜を形成し1次いでこの高融点
金属シリサイド膜上に低融点金属からなる第2の導体膜
を被着し、次いでこの第2の導体膜を加熱浴融し、しか
るのち上記第2の温体膜及び高融点金属シリサイド膜を
所望パターンに選択エツチングするようにした方法であ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれは、絶縁膜に形成したコンタクトボールに
気相成長法により高融点金属若しくはそのシリサイドを
被着しているので、コンタクトホールが微細な場合にあ
ってもコンタクトホール部における電気的接続の信頼性
が向上する。ここで、信頼性が向−Eする第1の理由は
気相成長法を用いているので微細コンタクトホール部で
の弗1の導体膜の被着形状が改善され。
スパッタ蒸着法に比べ局所的に被着膜厚が薄くなること
が少ないためである。第2の理由は。
コンタクトホール内部での電気的接続が高融照合1#4
若しくはそのシリサイドでなされており。
通常の500〔℃〕程度の熱処理に起因するAAと8i
との反応がなく、さらにp型Si層がコンタクトホール
内部に成長してコンタクト抵抗を高くする等のことがな
いためである。また、AA等の配線層(第2の導体膜)
の下に高融点金属若しくはそのシリサイド膜が形成され
ているので、エレクトロマイグレーンヨソが発生し難く
なる。
また、第2の導体膜を加熱溶融してコンタクトホール部
での表面凹凸を小さくすることができ、その後の工程に
おける加工性の向上をはかり得る。さらに、第2の導体
膜の下層に高融点金属若しくは高融点シリサイドを用い
ることにより、下層に多結晶シリコン膜を用いる場合に
比して C−MO8半導体装置におけるp 拡散領域と
n+拡散領域とのオーミック接続を容易(ニすることが
できる。
なお、コンタクトホール内に形成する第1の導体膜の膜
厚が一定限度を超えるとオーバ/%ング形状となり、所
謂「丁」が発生することになる。このため、気相成長法
により被着する第1の導体膜の膜厚りは、コンタクトホ
ールの開孔寸法Aの1/3す、下(11(Ap3)とす
るのが望ましい。さらに、−ヒ記「す」の発生を防11
−することからは、コンタクトホールの」二部に1■口
佃1に広がるテーパを付けるのが望ましい。このテーパ
を・1−1けることは配線1−の凹凸を小さくするにも
有効である。また、第2の導体膜による配線層の表i1
r+凹凸をより小さくすることから、第2の4体膜をコ
ンタクトホール内のみに残存させるのが望ましい。
〔発明の実施イyll ] 第3図(、I)〜fflは本発明の一実施例に係わる半
導体装置+す造工程を示″t1チ面図である。まず。
第3図falに示す如くp型シリコン2に板1上に素子
形I成工程を廊す。ここで、図中2はフィールド酸化膜
、3はMOS)ランジヌタのゲート電橋、4はゲート酸
化膜、5はソース若しくはドレインを形成するn+拡散
層であり、26は他(7)MOS)ランジスタのソース
若しくはドレイ次に、第3図fb)に示す如く全面にシ
リコン酸化膜(絶縁膜)27を1〔μm〕膜厚に被着し
このシリコン酸化膜27の拡散層25,26上に位置す
る部分に開孔寸法1〔μm〕のコンタクトホール28を
それぞれ形成した。次いで。
気相成長法を用い第31g1(C+に示す如く全面にモ
リブデン膜(第1の導体膜)29を0.2Cμm〕膜厚
に被着した。このとき、モリブデン膜29はコンタクト
ホール28内部でも略0.2Cμm〕の膜厚が保たれる
ことになる。また、モリブデン膜29の膜厚D(D=0
.2μm )をコンタクトホール28の開口寸法A(A
21μm)の1/3以下(D(Ap3)としたので、コ
ンタクトホール28内部に「す」が発生する等の不都合
は生じなかった。
次に、スパッタ蒸着法を用い第3図Fdlに示T如(全
面にAA−Znn合金膜第2の導体膜)30を0.8〔
μm〕の膜厚に蒸着した。ここで。
A p = Z n合金膜30の成分比は適当に選択す
ることか可能であり、その際融点を600(’C)以下
にすることが好ましい。次いで、店体をアルゴンガス雰
囲気中で500 (’CFに加熱しAp−Zn合金膜3
0を溶徴し、第3図(e)に示すコンタクトホール28
を平(1−1化する。
次に、所望の配線用レジストパターンを形成し、このパ
ターンケマスクとしてA p −Z n合金膜30及び
モリブデン膜29をエツチングし、第3図ff)に示す
如く配線層を形成した。その後。
全面(=パッシベーション膜を被覆し、所望領域に開孔
を形成することにより、電極の取り付けが可能となり半
導体装置が完成することになる。
かくして作成された半導体装置では、コンタクトホール
28の開化寸法が1〔μm〕と極めて小さいにも拘わら
ず、コンタクトホール28内での配線層の膜厚が極端に
薄くなることを防止でき、配線の信頼性向上をはかり得
る。しかも、コンタクトホール28の開孔寸法をさらに
小さくすることも可能となり、集積度の向上全はかり得
る等の効果な奏する。また、第1Q)4体膜として多結
晶シリコンを用いた場合におけるA、6−8.tの反応
や工程の複雑化を招くこともなく、その実用性は極めて
大きい。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記コンタクトホールの形状は矩形に限る
ものではなく、零才宴芸#す1≠開口側に広がったテー
パを有するものであってもよい。また、実施例では第2
の導体膜を加熱溶融したのち、配線のパターニングを行
ったが、このパターニング前に第4図に示す如くコンタ
クトホール以外の第2の導体膜を除去し、再度第2の導
体膜so’を被着するよう1′″−してもよい。この場
合第4図からも明らかなように塞板表面の凹凸をより一
層緩和することが可能となる。さらに、同一導電型の拡
散層1)イの接続に限らず、@5図に示す如く異なるi
A導電型拡散層間の接続に適用することも可能である。
なお、第5図はC−MO8インバータの例を示し1図中
31はnウェル、32けp+拡散層を示している。
また、気相成長法により形成する第1の導体膜はモリブ
デンに限るものではなく、タングステン、チタン及びタ
ンタル等の高融点金属であればよく、さらにはこれらの
シリサイドであってもよい。ここで、高融点金属シリサ
イドを形成する方法としでは1例えば第6図に示す如く
前記第3図(blに示す工程の後、全面に多結晶シリコ
ン膜33を気相成長法により被着し、この上に第1の導
体膜29を被着し、その後これらを反応させてミリサイ
ド化することも可能である。さらに、第2の導体膜はA
p−Zn合金膜に限るものではなく、アルミニウム、そ
の他低抵抗で融点の低いものであればよい。また、第1
及び第2の導体膜の膜厚等は、コンタクトポールの開孔
寸法、その他の条件に応じで適宜変更i」能である。′
皮するに不発明はその要旨を逸脱しない範囲で、神々変
形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
a を図及び第2図はそれぞれ従来方法の問題点を説明
するための断面図、第3図(a)〜(flは本発明の一
実施例に係わる半導体装置製造工程を示す断面図、第4
因乃至第6図はそれぞれ変形例を説明するための断ii
I因である。 2)・・・シリコン基板(半刑体基@)、22・・・フ
ィールド酸化膜、23・・・ゲート電極、24・・・ゲ
ート酸化膜、25.26・・・n+拡散層、27・・・
シリコン酸化膜(絶縁膜)、28・・・コンタクトホー
ル、29・・・モリブデン膜(第1の導体膜)。 30・・・A7.−Zn合金膜(第2の導体膜)。 3ノ・・・nウェル、32・・・p十拡散層、33・・
・多結晶シリコン膜。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)素子形成工程が施された半導体基板上に被着され
    た絶縁膜の所定部分にコンタクトホールを形成する工程
    と、気相成長法を用い上記絶縁膜及び基板上に高融点金
    J^若しくは高融点金属シリサイドからなる第1の導体
    膜な被着する工程と、上記第1の導体股上に低融点金属
    からなる第2の導体膜な被s1−る工程と、上記第2の
    導体膜を溶融せしめる工程と1次いで上記第2及び第1
    の導体膜を所望パターンに選択エツチングする工程とを
    具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)  前記第1の導体膜のPM厚りは、前記コンタ
    クトホールのうちの最小寸法なAとするときD(A/3 に設定されたことを特徴とする特許請求の範囲m1項記
    載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)  前記第2の導体膜を被着する工程は、気相成
    長法を用いることである特許請求の範囲第1項記載の半
    導体装置の製造方法。
  4. (4)素子形成工程が施された半導体基板上に被着され
    た絶縁膜の所定部分にコンタクトホールを形成する工程
    と、気相成長法を用い上記絶縁膜及び基板上に多結晶シ
    リコン膜な被着する工程と、気相成長法を用い上記多結
    晶シリコン膜上に高融点金属からなる第1の導体膜を被
    着する工程と、上記多結晶シリコン膜と第1の導体膜と
    を反応させて高融点金属シリサイド膜を形成1−る工程
    と、上記高融点金属シリサイド膜上に低融点金属からな
    る第2の導体膜を被着する工程と、上記第2の導体膜を
    溶融せしめる工程と1次いで上i;8第2の導体膜及び
    高融点金属シリサイド膜を所望パターンに選択エツチン
    グする工程とを具備したことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  5. (5)  前記第1の導体膜の膜厚りは、前記コンタク
    トホールのうちの最小寸法YAとするときD<AA3 に設定されたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記
    載の半導体装置の製造方法。
  6. (6)  …I紀第2の導体膜な被着する工程は、気相
    成長法を用いることである特許請求の範囲第4項記載の
    半導体装置の製造方法。
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