JPS62281353A - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置、特に配線の写真製版時に用いら
れる露光光の反射を防止するために配線層上に形成され
る反射防止膜の改良に関する。

［従来の技術］ 第２図は従来の半導体装置のコンタクト孔部の構成を概
略的に示す断面図である。第２図において、従来の半導
体装置は、シリコンからなる半導体基板１と、半導体基
板１表面の所定領域に形成されて活性領域となる不純物
拡散層２と、半導体基板１表面の保護および安定化等を
目的として形成されるシリコン酸化膜等からなる下地絶
縁膜３と、下地絶縁膜３上の所定領域に形成され、コン
タクト孔１０を介して不純物拡散層２と電気的に接続さ
れるアルミニウムーシリコン合金からなる配線（以下、
ＡＱ−Ｓｉ合金配線と記す）４と、合金配線４を所定形
状にパターニングするために行なわれる写へ製版時に照
射される露光光の反射を防止するためにＡｕ−３重合金
配線４上に形成されるアルミニウムーシリコン合金から
なる反射防止膜５とを備える。次に、第２図を参照して
従来の半導体装置の配線形成方法について簡単に説明す
る。

写真製版技術を用いて半導体基数１表面に所定形状のレ
ジスト膜を形成した後、このパターニングされたレジス
ト膜をマスクとしてイオン注入法等を用いて半導体基板
１の表面の所定領域に不純物拡散層２を形成する。次に
半導体基板１の表面の保護および安定化等を目的として
ＣＶＤ法等を用いてシリコン酸化膜等からなる下地絶縁
膜３を露出した全面に形成する。次に、不純物拡散層２
と電気的接続を形成するために、写真製版およびエツチ
ング技法を用いて、下地絶縁膜３の所定領域にコンタク
ト孔１０を形成する。次に、スパッタリング法等を用い
て、下地絶縁膜３上および露出した半導体基板１表面上
に、シリコンを０．　５〜２．０重−％含むＡ（、−Ｓ
ｉ合金薄膜を形成する。さらに、このへα−Ｓｉ合金薄
膜上に合金薄膜を所定形状にパターニングして配線を形
成するための写真製版工程において照射される露光光の
反射を防止するために、露光光に対する反射率の低減を
目的としてシリコンを２０〜５０重量？６含有する膜厚
１００〜５００ＡのＡＱ、−Ｓｉ合金薄膜５を蒸着法等
を用いて形成する。この後、写真製版工程により所定形
状にパターニングされたレジスト膜（図示せず）をマス
クとした二ソチングを行なって所定形状のへα−８１合
金配線４を形成する。配線材料にＡＱ、−３重合金が用
いられるのは、配線と不純物拡散層との良好なオーミッ
ク接触を実現するための熱処理工程において、配線のア
ルミニウムと不純物拡散層との反応の結果生じるアロイ
・ピットの発生を防止するためである。

こアロイ・ピットは拡散層の深さが浅い場合拡散層の″
突き抜け”を発生させ、基板と配線との短絡の原因とな
る。

ここて、膜厚１００〜５００Ａ程度の反射防止膜を形成
するのは、フォトレジスト膜の写真製版工程において、
露光光が下地の合金薄膜から反射されて不所望部分のフ
ォトレジスト膜まで露光されてしまい、所望のパターニ
ング精度が得られなくなることを防止するためである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のようにして形成されたＡα−３重合金配線４は、
通常、合金配線４と不純物拡散層２との間の良好なオー
ミック接触を実現するために、窒素または水素雰囲気中
で４００〜５００℃の温度下、数十分間程度の熱処理が
施される。この熱処理工程において、シリコンを高濃度
に含む反射防止膜５中のシリコンがＡｌ−５重合金配線
４中へ拡散し、これにより合金配線４中のシリコン濃度
が上昇する。この結果、合金配線４中のシリコン濃度が
固溶限を越えることになり、合金配線４とシリコン半導
体基板１との界面に基板シリコンを種結晶とする固相エ
ピタキシャル成長によりシリコンが析出しやすくなる。

この析出シリコン６は、真性半導体に近く、高い比抵抗
値を何するにめ、析出シリコン６がコンタクト孔１０の
一部または全部に形成されると、合金配線４と不純物拡
散層２との間のコンタクト抵抗が高くなり、電気的不良
が生じる原因となる。また、この熱処理工程において、
シリコン酸化膜からなる下地絶縁膜３上のＡＱ−３重合
金配線４中に固溶限を越えたシリコンが析出し、シリコ
ン・ノジュール７と呼ばれるシリコンの塊が発生する。

このシリコン・ノジュール７も真性半導体に近く、その
比抵抗値も非常に高く、また大きさも１μｍ陛度にまで
成長するため、実効的な配線断面積が比較的小さくなり
、この部分において電流密度が著しく増加し、エレクト
ロ・マイグレーションによる断線等の不良が発生しやく
なり、配線のエレクトロ・マイグレーション耐性を低下
させてしまう。

すなわち、従来の半導体装置においては、Ａｕ−５ｉ合
金配線形成のための写真製版時における露光光の反射を
防止するめの反射防止膜として、シリコンを２０〜５０
重量％含むアルミニウムーシリコン合金膜を用いていた
ため、配線と不純物拡散層との間に良好なオーミック接
触を実現するための熱処理を施すと、コンタクトホール
部における固相エピタキシャル成長によるシリコン析出
や、下地絶縁膜上の合金配線中のシリコン析出によるシ
リコン・ノジュールが発生することがあり、コンタクト
抵抗の増加に起因する電気的不良の発生や、エレクトロ
・マイグレーションによる配線の断線がもたらされると
いう問題点があった。

それゆえ、この発明の目的は上述のような問題点を除去
し、シリコン析出やシリコン・ノジュールの発生を防止
することもできるとともに、反射防止膜としての機能を
十分に果たすことができる反射防止膜を採用した半導体
装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る半導体装置は、配線パターニングのため
に行なわれる写真製版工程において照射される露光光の
下地配線層からの反射を防止するために配線層上に形成
される反射防止膜として、半導体基板構成元素と周期律
表において隣接する族の元素を少なくとも１種類アルミ
ニウム中に添加するとともにシリコン含Ｍｍを下地配線
層のシリコン含有量と同程度以下にまで低減した合金膜
を用いたものである。

［作用］ この発明における反射防止膜は、微量添加された半導体
基板構成元素と周期律表において隣接する族の元素によ
り露光光に対する反射率は十分低減されるとともに、そ
の反射防止膜中のシリコン含有量は大幅に低減されてい
るため、配線層と不純物拡散層との間の良好なオーミッ
ク接触を実現するために行なわれる熱処理工程において
シリコンが反射防止膜から配線層中へ拡散し、配線層中
のシリコン濃度を増加させることは生じないので、コン
タクト孔領域におけるシリコン析出や配線層中における
シリコン・ノジュールの発生をも防止することができる
。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例である反射防止膜を用いた
半導体装置のコンタクト孔領域における概略断面構造を
示す図である。第１図において、半導体装置は、シリコ
ンをその構成元素とする半導体基板１と、半導体基板１
の所定領域に形成される不純物拡散層２と、半導体基板
１表面上に形成される下地酸化膜３と、不純物拡散層２
とコンタクト孔１０を介して電気機的に接続され、かつ
下地絶縁膜３上の所定領域に形成されるＡＱ、−Ｓｉ合
金配線４と、合金配線４上に形成されるＡｌ１−５ｊ−
３ｂ合金層からなる反射防止膜８を備える。次に、第１
図を参照してこの発明の一実施例である半導体装置の製
造方法について簡単に説明する。

シリコン半導体基板１表面の所定領域に写真製版技術、
およびイオン注入法等を用いて活性領域となる不純物拡
散層２を形成する。次に半導体基板１の表面の保護およ
び安定化等を目的としてシリコン酸化膜等からなる下地
絶縁膜３をＣＶＤ法等を用いて形成する。次に、不純物
拡散層２と電気的接続を形成するために、写真製版およ
びエツチング技法を用いて下地絶縁膜３の所定領域にコ
ンタクト孔１０を形成する。次にスパッタリング法また
は真空蒸着法等を用いてシリコンを０．　５〜２．０重
量％含むＡｌ−３ｉ合金膜を形成しさらにこの合金膜上
に反射防止膜８を形成する。この反射防止膜８は、微量
で露光光に対する反射率を低減することのできるアンチ
モンｓｂを０．０５〜１０重二％、シリコンを下地ＡＱ
、−Ｓｉ合金膜と同様０．　５〜２．　０重量％含有す
るＡ　Ｑ、−３ｉ−３ｂ合金膜で構成される。この後、
Ａ　１３１合金膜をパターニングするために写真製版工
程が行なわれる。すなわち、反射防止膜８上にフォトレ
ジスト膜（図示せず）を被着させた後、露光光を照射し
フォトレジスト膜を所定形状にパターニングする。この
とき、反射防止膜８は、シリコンの含有量が従来と比べ
て大幅に低減されているものの、露光光に対する反射率
を低減することができるアンチモンが添加されているた
め、レジスト膜は下地からの露光光の反射光を受けるこ
となく所望の領域のみ露光され、所望の形状に精度良く
パターニングされる。このパターニングされたレジスト
膜をマスクとしてエツチングを行なうことにより反射防
止膜８およびＡ店−Ｓｉ合金膜が・　　パターニングさ
れ、Ａｕ−Ｓｉ合金配線４が形成される。次に、合金配
線４と不純物拡散層２との間に良好なオーミック接触を
実現するために、水素雰囲気または窒素雰囲気中、４０
０〜５００℃で数十分間の熱処理が行なわれ、配線４と
不純物拡散層２との界面に共晶反応が生じさせられる。

この熱処理工程において、反射防止膜８のシリコン含を
二は下地の配線４と同程度に低減されているため、反射
防止膜８から配線４中ヘンリコンが拡散することはない
ので、コンタクト孔領域におけるシリコン析出や下地絶
縁膜上の配線層中におけるシリコン・ノジュールが発生
することもない。

アンチモンは、少量で反射防止膜の露光光に対する反射
率を低減することが可能であるとともに、半導体基板構
成元素であるシリコンと隣接する族の元素であるため、
その物理的な性質はシリコンと類似している。したがっ
て、反射防止膜８にアンチモンを添加しても可動イオン
となる可能性もなく、半導体装置特性に悪影響を及ぼす
可能性はない。

また、配線中にエレクトロ・マイグレーション耐性を増
加させ寿命特性を改善するために通常添加される銅と異
なり、アンチモンはアルミニウムと合金化反応を生じる
ことがないので、偏析に起因する電気的不良が発生する
こともない。

なお上記実施例においては、反射防止膜としてシリコン
を含有するアルミニウム合金膜を用いているが、シリコ
ンを含む必要はなく、アルミニウムとアンチモンとから
なる合金を用いても上記実施例と同様の効果を得ること
ができる。

また、上記実施例においては反射防止膜に微量添加され
る元素としてアンチモンを用いる場合について説明した
が、これに限定されず半導体基板構成元素であるシリコ
ンと隣接する第■族の燐、砒素、ビスマスまたは第■族
元素である硼素、ガリウム、インジウムおよびタリウム
のうちのいずれを用いても同様の効果を得ることができ
る。

また上記実施例においては、微量添加される元素として
■族およびＶ族の元素のうち１種類の元素を添加したも
のを用いているが、■族およびＶ族の元素を２種類以上
添加しても上記実施例と同様の効果を得ることができる
。この場合各元素の添加量は０．０５〜１０重皿％の範
囲にあればよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、反射防止膜として半
導体基板構成元素と周期律表において隣接する族の元素
を少なくとも１種類添加したアルミニウム合金膜を用い
かつシリコン含有量を低減させたので、反射防止膜機能
を損なうことなく、オーミック接触を実現するための熱
処理工程において反射防止膜から配線層中へのシリコン
の拡散は生じることがなく、コンタクト孔領域における
シリコン析出や、配線層中のシリコン・ノジュールの発
生を抑制することができ、コンタクト抵抗の増大、エレ
クトロ・マイグレーション耐性の低下を防止することが
でき、安定で信頼度の高い半導体装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である反射防止膜を用いた
半導体装置の概略断面構造を示す図である。第２図は従
来の反射防止膜を用いた半導体装置の概略断面構造を示
す図である。 図において、１は半導体基板、２は不純物拡散層、３は
下地絶縁膜、４はＡＯ，−Ｓｉ合金配線、５は従来の反
射防止膜、８はこの発明による反射防止膜である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）半導体基板上の予め定められた領域上に形成され
   て活性領域となる不純物拡散層を含む半導体装置であっ
   て、 前記不純物拡散層と電気信号を授受すために、前記半導
   体基板上に形成される配線層と、前記配線層を予め定め
   られた形状にパターニングする際に、マスクとして用い
   られるレジスト膜をパターニングするために照射される
   露光光の反射を防止するためにアルミニウムを主要成分
   として前記配線層上に形成される反射防止層とを備え、
   前記反射防止層は、 周期律表において前記半導体基板構成元素が属する族と
   隣接する族に属する元素の少なくとも１種を含有する、
   半導体装置。 （２）前記半導体基板構成元素はシリコンである、特許
   請求の範囲第１項記載の半導体装置。 （３）前記反射防止層はシリコンを含有する、特許請求
   の範囲第１項記載の半導体装置。（４）前記反射防止層
   に添加される前記隣接族元素は、ボロン、ガリウム、イ
   ンジウム、タリウム、燐、砒素、アンチモンおよびビス
   マスのグループのうちの少なくとも１種である、特許請
   求の範囲第１項記載の半導体装置。 （５）前記反射防止層に添加される前記隣接元素の１種
   類の添加量は０．０５〜１０重量％である、特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置。