JPS62190850A - 半導体装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置の配線材料、特に高集積化半導体装
置の高信頼性配線材料を用いた半導体装置に関するもの
である。

従来の技術 シリコンを用いたＬＳＩで、現在、最もよく用いられて
おシ、しかも、最も簡単な二層配線の工程順断面図を第
２図に示し、以下、その工程の説明を行う。

まず、第２図（ｉｌＬ）に示すように、表面近傍に拡散
層２を含んだシリコン基板１上に絶縁膜３をＣＶＤ法に
より形成した後、拡散層２と接続するためのコンタクト
ホール４を形成する。次に、第２図（ｂ）に示すように
第一の配線となるＡ１合金膜（ここでは、ムｌ膜中に１
％のＳｉ原子を含んだＡ１合金膜を用いている。）をス
パッタリング法により形成する。続いて、配線として必
要な領域のみを残し、他の領域をエツチング除去する。

その後、拡散層２と第１の配線であるム１合金膜７との
コンタクトを良好にするためにシンターを行う。温度は
、３８０’Ｃ〜４６０°Ｃ程度である。次に、第２図（
０）に示すように、第１の配線であるム１合金膜７と第
２の配線であるｈ１合金膜１１とを電気的に分離するた
めの絶縁膜９’１ＣＶＤ法によシ形成する。その後、こ
の絶縁膜９に第１の配線と第２の配線とを接続するため
の孔であるコンタクトホール１ｏを形成する。つぎに、
第２図（＋１）に示すように、第２の配線の五１合金膜
１１をスパッタリング法により形成する。ただし、ム１
合金膜１１を形成する直前に、コンタクトホール１ｏの
底である第１の配線のム１合金膜７の表面に形成された
、アルミナ（ムＴｏＯｓ　）　ｔムｒでスパッタして除
去する。ム１合金膜同志のコンタクトを良好にするため
である。つぎに、第２配線であるム１合金膜１１を配線
として必要な領域のみ残し、他はエツチング除去する。

最後に、配線を保護するための保護膜１２′ｆ、ＣＶＤ
法により形成し、二層配線の工程を終了する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記方法により、二層配線を形成した場
合、多くの問題点が生じ、半導体素子の微細化・高集積
化により、それらの問題は、さらに深刻になる。

まず、第３図（ａ）に示すように、シリコン基板１上に
形成した非常に浅い拡散層２と配線であるＡ１合金７と
のコンタクトの場合、ム１合金膜中のｓｉ濃度が少ない
と、４６０°Ｃ程度のシンターで、ムｌが拡散層中に侵
入（アロイスパイク）してしまい、拡散層２を突き破シ
、シリコン基板１と直接液してしまい、素子の破壊につ
ながる。一方、ムｌ膜中の８上濃度が多い場合、第３図
（′ｂ）に示すように、過剰の８１原子が、拡散層２表
面あるいは配線中に析出する。拡散層２にｓｉ原子が原
子が析出した場合、析出により、実効的なコンタクト面
積が減少し、コンタクト抵抗が増大する。

また、４５０”Ｃ程度のシンターを行った後、Ａ１合金
膜７の表面には、第３図（０）に示すように、ヒロック
と呼ばれる突起が発生する。突起の高さは、大きいもの
は、１〜２μｍにもなる。そのため、第１の配線と第２
の配線とを分離する絶縁膜を形成し念場合、第３図（Ｃ
）に示すように、突起が発生した部分で、絶縁膜にクラ
ックが生じたり、絶縁膜を突き抜けたりし、絶縁破壊に
なる。

ま禽、配線であるム１合金膜上に、引張り応力の特性を
持つプラズマ窒化膜などを保護膜として用いた場合、窒
化膜のストレスにより、ムｌ原子の移動が徐々に起こシ
、第３図（（１）に示すように、ついには断線につなが
る場合がある。

問題点を解決するための手段 五１合金膜とシリコン基板とのコンタクトの場合に生じ
るアロイスパイクおよび界面へのシリコン原子の析出は
、１１合金膜とシリコン基板間をシリコン原子が４６０
°Ｃ程度の温度で移動できるために生じる。そのため本
発明では、五１合金膜とシリコン基板間にシリコン原子
の移動の障壁（バリア）となるＴｉＮ膜を形成する。ま
た、シリコン基板との接触抵抗の低減およびＴｉ　Ｗ膜
のバリア効果を高める念めに、シリコン基板とＴｉＷ膜
間に薄いＴｉ膜を形成する。ＴｉＷ膜上には主配線材料
であるム１合金膜を形成する。しかし、配線の最上層を
ム１合金層とした場合、４′５０〜ｓ　ｏ　Ｏ’Ｃのシ
ンタ一温度でヒロ・ツクの発生は避けられない。ヒロッ
クの発生はムｌ原子の移動によシ生じる。そのため、本
発明では、五１合金膜上に４５０〜６００°Ｃの温度で
移動しにくい高融点金属およびその合金あるいは高融点
金属シリサイドを形成するものである。

作用 本発明は、上記し几構成によりシリコン基板との接触に
関し、低抵抗な接触抵抗を有するとともに、配線のシリ
コン基板のスパイクあるいは、シリコン基板へのシリコ
ン原子の析出を防ぐことができる。さらに、配線表面で
のヒロックの発生も防ぐことができるため、多層配線を
形成する場合の配線材料として非常に優れている。

実施例 以下、本発明における二層配線を形成する場合の一実施
例を、第１図の工程順断面図により詳述する。

まず、第１図（２Ｌ）に示すように、シリコン基板１上
に形成した拡散層２と第１の配線との分離を行うために
膜厚約５ｏｏｏ人の絶縁膜３をウェノ・−全面にｃｖｎ
法によ多形成する。次に拡散層２と第１の配線と接続す
るための孔、つまり、コンタクトホール４を形成する。

その後、第１図（′ｂ）に示すように、Ｔ１膜、ＴｉＮ
膜、ム１合金膜およびＴｉＮ膜の順に、ウェハー全面に
スパッタリング法によ多形成する。膜厚はそれぞれ、２
ｏＯ人。

１ｏｏｏ人、５ｏｏｏ人、１０００人である。次に、配
線として必要な領域のみ残し、他の領域を選択的にエツ
チング除去する。その後、拡散層２と上記４層構造の配
線と良好なコンタクトを形成するために、シンターを行
う。シンタ一温度は、３８０〜４５０℃程度である。次
に、第１の配線と第２の配線を電気的に分離するための
絶縁膜９２ＣＶＤ法により形成する。膜厚は約ａｏｏｏ
人である。その後、第１の配線と第２の配線と接続する
ためのコンタクトホール１０を絶縁膜９の所定の位置に
形成する。次に、第１図（ｄ）に示すように、第２の配
線であるｈ１合金膜１１をスパッタリング法により形成
する。第１の配線の場合と同様に、配線として必要な領
域のみ残し、他の領域は、選択的にエツチング除去する
。最後に、配線を保護するために、保護膜１２をｃｖＤ
法にて形　　。

成する。上記工程により、二層配線で最っとも問題とな
る第１の配線を、低抵抗でしかも、安定した特性を有す
る配線とすることが可能である。

本発明は、シリコンを基板とする半導体装置すべての配
線材料として応用できることは明らかである。

発明の効果 本発明によれば、シリコン基板に対し低い接触抵抗を有
し、しかも、配線とシリコン基板間でシリコン原子の移
動を抑えたため、配線のシリコン基板へのスパイクおよ
び、シリコン原子のシリコン基板表面への析出を防止す
ることができる。さらに、配線表面に、低温で移動しに
くい、高融点金属等の材料を用いるために、ヒロックの
発生を防止すると共に、配線上部に形成し几膜のストレ
スによる断線を防ぎ、半導体装置の信頼性を大きく向上
させ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）は本発明の一実施例における半導
体装置の製造工程を説明するための工程順断面図、第２
図（＆）〜（ｄ）は従来の技術を説明するための工程順
断面図、第３図（＆）〜（４１）は従来の技術を用いた
場合の問題点を示す工程順断面図である。 １・・・・・・シリコン基板、２・・・・・・拡散層、
３・・・・・・絶縁膜、４・・・・・・コンタクトホー
ル、６・・・・・・Ｔ１膜、６・・・・・・ＴｉＮ膜、
了・・・・・・人！合金膜、８・・・・・・ＴｉＮ膜、
９・・・・・・絶縁膜、１０・・・・・・コンタクトホ
ール、１１・・・・・・ム１合金膜、１２・・・・・・
保護膜、１３・・・・・・スパイク、１４・・・・・・
析出したＳ１原子、１５・・・・・・ヒロック、１５・
・・・・・ムｌ膜の断線。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子に設けた配線層が、チタニウム膜、チ
   タニウムを含んだタングステン膜、アルミニウム合金膜
   および高融点金属あるいはそのシリサイド膜を順次積層
   した四層からなることを特徴とする半導体装置。
2. （２）チタニウム膜を含んだタングステン膜中のチタニ
   ウムの重量比が１５％以下である特許請求の範囲第１項
   記載の半導体装置。
3. （３）アルミ合金膜が、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｚｒ
   、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａからなる金属群から選ばれた１種以
   上の金属を含む特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   。
4. （４）高融点金属が、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｐｄおよ
   びＴｉを含んだＷからなる特許請求の範囲第１項記載の
   半導体装置。
5. （５）シリサイドが、ＴｉＳｉ＿２、ＭｏＳｉ＿２、Ｗ
   Ｓｉ＿Ｘの中の一種以上からなる特許請求の範囲第１項
   記載の半導体装置。