JPS61156811A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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関し、特に多結晶シリ
コンとＡＲ又はＡ２合金からなる電極との良好な接続を
得る方法に係る。

〔発明の技術的背景〕

半導体装置において、多結晶シリコンは電極の取出しあ
るいは抵抗等として用いられ、更にＡλ又はＡ２合金か
らなる低抵抗の電陽と接続されている。このような半導
体装置を第３図に示すバイポーラ型の半導体装置を例と
して説明する。

第３図において、Ｐ型シリコン基板１表面にはＮ＋型埋
込み層２が形成され、更にその上にＮ型エピタキシャル
１１３が形成され、このＮ型エピタキシャル層３はＰ”
型素子分離領域４により分離されている。Ｎ型エピタキ
シャル層３にはその表面からＮ４″型埋込みＭ２にまで
達するＮ＋型コレクタ取出し領域５とＰ型ベース領Ｊ６
とがそれぞれ選択的に形成され、更にベース領域６内に
はＮ型エミッタ領域７が形成されている。隣接するＮ型
エピタキシャル謂３内には前記ベース領域６と同時に形
成されたＰ型拡散抵抗８が形成されている。また、全面
には例えば熱酸化膜９及び例えばＢＳＧ膜１０が形成さ
れ、熱酸化１ｍ１９及びＢＳＧＩｌ！１０に開孔された
コンタクトホールを介してエミッタ領域７を取出すため
の多結晶シリコンパターン１１及び前記コレクタ取出し
領域５と接続され、隣接する拡散抵抗８上にまで延長さ
れた多結晶シリコンパターン１２が形成されている。更
に、全面にはＣＶＤＩ化！１１１３が形成され、このＣ
ｖＤ酸化膜１３及びその下の絶縁膜に開孔されたコンタ
クトホールを介して前記多結晶シリコンパターン１１と
接続されたエミッタ電極１４、前記ベース領域６と接続
されたベース電極１５及び前記多結晶シリコンパターン
１２と隣接する拡散抵抗８とに接続された配線１６が形
成されている。

前記多結晶シリコンパターン１１は電極取出しに用いら
れるとともにエミッタ拡散源としても用いられ、更にエ
ミッタ電極１４と接続されている。

また、多結晶シリコンパターン１２は抵抗又は配線とし
て用いられ、図ｃｔｘｘの位置ではこの多結晶シリコン
パターン１２、拡散抵抗８及び電極１６が１箇所で接続
されている。

前記エミッタ電極１４などの配線金属としては、ＡＭ−
８ｉ又はＡｆｆｉ−８ｉ−ＣｕなどＳｉを含有する合金
材料が使用されている。このように配線金属としてＳｌ
を含有した金属を用いる理由は、Ａ２と基板シリコン又
は多結晶シリコンとの間に良好なオーミックコンタクト
を得るために施される熱工程（シンタ一工程）において
、ＡＲ中に固溶されるＳｉ量を減／Ｊ）させ、基板シリ
コンへのＡＲのくい込み（スパイク）やＡＪ２中への多
結晶シリコンの拡散によって生じる多結晶シリコンパタ
ーンの消失等を防止するためである。

〔背景技術の問題点〕

従来、Ａ２中の３ｉ含有率は１〜２％程度の範囲で選択
されており、シンタ一温度（通常４００〜５００℃）に
おけるＡ２中の固溶限の０．８％に対して十分高い固溶
レベルである。ところが、シンタ一温度に達するまでの
温度に応じて固溶限も変化するため、シンター初期の低
いウェハ温度においてはＡ２中では３ｉ析出が生じ、３
ｉ濃度の低いＡｊ２結晶粒が生じる。その後、シンタ一
温度にまで昇温した時に３ｉが拡散し、多結晶シリコン
層の消失や基板３ｉへのＡ℃の食込み現象が生じること
になる。特に、第３図中Ｘで表示した部分のように基板
シリコン、Ａ℃及び多結晶シリコンが一緒に存在する場
合には、シンタ一工程中に多結晶シリコン中の３ｉが、
１２中に固溶され、更にＡ２中を拡散して基板シリコン
表面に３ｉ析出が生じることがあり、多結晶シリコンの
消失は極めて大きくなる。

この多結晶シリコンの消失は、多結晶シリコンの粒径に
大きく依存していることが判明している。

例えば、多結晶シリコンとしてＬＰＣＶＤ法等によりリ
ン又はヒ素等の不純物をガス中に混入させて形成したド
ープト多結晶シリコンを用いた場合と、不純物をドープ
しないアンド−ブト多結晶シリコンに後工程でイオン注
入法により不純物をドープしたもの（以下、イオン注入
多結晶シリコンと記す）とを比較すると、上述した多結
晶シリコンの消失現象はドープト多結晶シリコンの方が
少ない。この差は、イオン注入多結晶シリコンの粒径が
０．１〜０．５μｍ程度であるのに対し、ドープト多結
晶シリコンの粒径が１〜３譚以上と大きいという相違に
よるものである。すなわち、第４図（ａ）及び（ｂ）に
示すようにシンター前（第４図（ａ））に多結晶シリコ
ン２１とＡＱ２２とを接触させておくと、シンター後（
第４図（ｂ））には多結晶シリコン２１の粒界からＡ２
配線２２中へシリコンが拡散して粒界に空洞部２３が生
じる。したがって、第５図（ａ）及び（ｂ）に、示すよ
うにシンター前（第５図（ａ））のコンタクト部テハ、
シンター後（１５図（ｂ））　にＡｎｉｉ！線２２を線
表２ると、多結晶シリコン２１が消失している。このよ
うな現象は、粒界面の大きいイオン注入多結晶シリコン
の方が起り易いことは明らかである。また、多結晶シリ
コンと単結晶シリコンとを比較した時、単結晶シリコン
の方が消失が少ないことも上述した粒界の違いによって
説明することができる。

以上のようなことから、多結晶シリコンと八２とを接触
させた場合、多結晶シリコンの消失を防止して良好なコ
ンタクトを得るためには多結晶シリコンの粒界の制御が
重要であることがわがる。

〔発明の目的〕。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、配線金
属と多結晶シリコンとの間に生じるシリコンの配線金属
中への拡散による多結晶シリコンの消失現象を防止する
ことができる半導体装置の製造方法を提供しようとする
ものである。

〔発明の概要〕

本発明の半導体装置の製造方法は、多結晶シリコンと八
λ又はＡＱ、合金とのコンタクト部の多結晶シリコン表
面にシリコンをイオン注入して多結晶シリコンの表面を
非晶質化するとともに過剰のシリコンを存在させた後、
Ａ２又はＡｆｆｉ合金の電極を形成することを特徴とす
るものである。

このような方法によれば、非晶質化により粒界をほとん
どなくし、しかもイオン注入された過剰のシリコンが存
在するので、多結晶シリコン中のシリコン原子が配線金
属中に拡散するのを抑制して多結晶シリコンの消失を防
止することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明方法の実施例を第１図（ａ）〜（ｄ）を参
照して説明する。

まず、Ｐ型シリコン基板２１表面にＮ＋型型埋界領域２
２を形成した後、全面にＮ型エピタキシャル層２３を形
成する。次に、エピタキシャル層２３の一部に選択的に
ボロンを拡散してＰ＋型素子分離領１＊２４を形成し、
エピタキシャル層２３を分離する。つづいて、エピタキ
シャル層２３の一部に選択的にリンを拡散させて前記Ｎ
＋型型埋界層２２にまで達するＮ１型コレクタ取出し領
域２５を形成する。つづいて、全面に熱酸化１Ｉ２６を
形成した後、その一部を選択的にエツチングする。つづ
いて、全面にＢＳＧ膜２７を堆積した後、熱処理を行な
い、ボロンを拡散させてＰ型ベース領域２８及びＰ型拡
散低抗２９を形成する（第１図（ａ）図示）。

次いで、ベースｗ４域２８上のＢＳＧ摸２７の一部及び
Ｎ４型二ｌレクタ取出し領域２５上の熱酸化膜２６とＢ
ＳＧＩＨ２７の一部を選択的にエツチングしてコンタク
トホールを開孔する。つづいて、全面にＡ’Ｓドープト
多結晶シリコン膜を堆積した後、バターニングして土ミ
ッタ領域の拡散源となり、エミッタの取出し、・？！極
を兼ねる多結晶シリコ耳 ンパターン３０及び前記コレクタ取出し領域谷４と接続
され、拡散抵抗２９上にまで延長された多結晶シリコン
パターン３１を形成する。つづいて、熱拡散を行ない、
多結晶シリコンパターン３０からＡｓを拡散させてＮゝ
型エミッタ領域３２を形成する（同図（ｂ）図示）。

次いで、全面にＣＶＤ酸化ｌ１ｌＩ３３を堆積した後、
ＣＶＤ酸化１１３３の一部、ＢＳＧ膜２７及び熱酸化膜
２６の一部を選択的にエツチングして多結晶シリコンパ
ターン３０、ベース領域２８、多結晶シリコンパターン
３１及び拡散抵抗２９の一部を露出させるようにコンタ
クトホールを開孔する。

つづいて、３ｉ＋を例えば加速エネルギー５０ｋｅＶ、
ドーズ量２Ｘ１０”ｃａ＋’の条件でイオン注入する。

このイオン注入により、露出している多結晶シリコン及
び基板シリコンの表面を非晶質化するとともにイオン注
入された過剰のシリコン原子を存在させる（同図（Ｃ）
図示）。

次いで、スパッタ法により全面にＡｇ−３ｉ（１％）を
形成した後、バターニングして前記多結晶シリコンパタ
ーン３０と接続されたエミッタ電極３４、前記ベース領
域２８と接続されたベース電極３５及び前記多結晶シリ
コンパターン３１と隣接する拡散抵抗２９とに接続され
た配線３６を形成する。その後、コンタクト部のオーミ
ックコンタクトを得るために４５０℃で３０分間熱処理
を行なう（同図（ｄ）図示）。

このような方法によれば、第１図（Ｃ）の工程でコンタ
クト部の露出した多結晶シリコンパターン３０．３１及
び基板の単結晶シリコン（ベース領域２８及び拡散抵抗
２つ）表面にＳｉ＋をイオン注入することにより、これ
らの表面を非晶質化しているので粒界がなくなり、Ｓｉ
原子がＡｆｆｉ−３ｉからなる配線金属中に拡散するこ
とを抑制でき、しかも拡散する３ｉ原子をイオン注入さ
れた過剰の３ｉ原子で補うことができる。また、上記実
施例のように３１４のイオン注入の加速エネルギーを５
０ｋｅＶとした場合、非晶質層は７００人の厚さとなり
、配線金属との間で均一な合金層を得ることができるの
で、Ａｆｆｉスパイクなどの局所的な異常拡散を防止す
ることができる。

事実、配線金属、多結晶シリコン及び基板の単結晶シリ
コンが１箇所で接続されているコンタクト部（第１図（
ｄ）及び第３図中、Ｘで表示）での多結晶シリコンの消
失頻度をＡβ配線と多結晶シリコンとのコンタクト導通
歩留りで評価した第２図から、本発明方法の場合には多
結晶シリコンの消失が著しく減少していることがわかる
。すなわち、従来のシリコンイオン注入を行なわない方
法（比較例）では、４５０℃及び５００℃のシンタ一工
程を経た後にはコンタクト導通歩留りがそれぞれ約７０
％及び約５０％にまで低下しているのに対し、本発明方
法（実施例）の場合には４５０℃及び５００℃のシンタ
一工程を経てもコンタクト導通不良はほとんど発生して
いない。ただし、５００℃のシンタ一工程を経た後には
若干のコンタクト導通不良が発生するが、これは４５０
℃におけるへ２中の３ｉ固溶限が０．６％であるのに対
し、５００℃における固溶限が０．８％であり、多結晶
シリコンからＡ２中に拡散されるＳｉ原子の置が多いた
めであると考えられる。

なお、本発明方法において、Ｓ１＋のイオン注入条件は
多結晶シリコン又は単結晶シリコンの表面を非晶質化さ
せなければならないため、最低１Ｘ　１０１５ｃｍ”以
上のドーズ量が必要である。

また、上記実施例て′はシリコンイオン注入は多結晶シ
リコンをパターニングした後、コンタクト部にのみ行な
ったが、多結晶シリコンを堆積した後、その全面にシリ
コンイオン注入を行ない、その後バターニング６−（１
へってもよい。このような方法でも本発明の効果には同
等影響しない。更に、上記実施例では多結晶シリコンの
コンタクト部だけでなく、基板の甲結晶シリコンのコン
タクト部にもシリコンイオン注入を行なったが、多結晶
シリコンのコンタクト部にのみシリコンイオン注入を行
なえば多結晶′・１１゛１ンの消失を防止することがで
き、基板シリ１ンへは必ずしもシリコンイオン注入を行
なう必要はない。

〔発明の効果１ 以上詳述した如・、本発明方法によれば、八２又はＡｎ
合金からなる配線金属と多結晶シリコンとのコンタクト
部において、多結晶シリコンの消失現象を抑制して導通
特性の良好な半導体装置を製造することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例における半導体
装置の製造方法を示す断面図、第２図は従来の方法及び
本発明方法により製造されたコンタクト部におけるシン
タ一温度とコンタクト導通歩留りとの関係を示す線図、
第３図は従来の方法により製造された半導体装置の断面
図、第４図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれシンター前後の
多結晶シリコンの粒界の状態を示す断面図、第５図（ａ
）及び（ｂ）はそれぞれシンター前後の多結晶シリコン
の状態を示す平面口である。 ２１・・・Ｐ型シリコン基板、２２・・・Ｎ＋型埋込み
層、２３・・・Ｎ型エピタキシャル層、２４・・・Ｐ＋
型素子分離領域、２５・・・Ｎ＋型シレクタ取出し領域
、２６・・・熱酸化膜、２７・・・ＢＳＧＩＩＩ、２８
・・・Ｐ型ベース領域、２９・・・Ｐ型拡散抵抗、３０
．３１・・・多結晶シリコンパターン、３２・・・Ｎ１
型エミッタ領域、３３・・・ＣＶＤ酸化膜、３４・・・
エミッタ′Ｒ極、３５・・・ベースＮ極、３６・・・配
線。 出願人代理人　１１理士　鈴江武彦 第１１！Ｉ 第１ｇ （ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｘ第２図 シリ−３ＪＪＬ（”ｃ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に形成された多結晶シリコンと、この多結
   晶シリコンとオーミックコンタクトされたＡｌ又はＡｌ
   合金からなる電極とを有する半導体装置を製造するにあ
   たり、多結晶シリコンとＡｌ又はＡｌ合金とのコンタク
   ト部の多結晶シリコン表面にシリコンをイオン注入して
   多結晶シリコンの表面を非晶質化するとともに過剰のシ
   リコンを存在させた後、Ａｌ又はＡｌ合金の電極を形成
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。