JPS6276548A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6276548A
JPS6276548A JP21450385A JP21450385A JPS6276548A JP S6276548 A JPS6276548 A JP S6276548A JP 21450385 A JP21450385 A JP 21450385A JP 21450385 A JP21450385 A JP 21450385A JP S6276548 A JPS6276548 A JP S6276548A
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JP
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hole
semiconductor device
contact
wiring
diffusion layer
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JP21450385A
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Hiroshi Iwai
洋 岩井
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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、半導体装置に関し、特に配線と半導体基板又
は拡散層とのコンタクト抵抗を改善した半導体装置に係
わる。
〔発明の技術的背景〕
従来の半導体装置においては、p型半導体基板表面のn
+型抵拡散層A℃配線とを電気的に接続する場合、第1
1図に示す如くp型半導体基板1のn+型拡散!!2を
含む全面に8 ! 021113を堆積し、該拡散層2
に対応するS i 02膜32部分を選択的にエラチン
除去してコンタクトホール4を開孔した後、全面にへ2
膜を堆積し、バターニングして形成したへ2配線5を前
記拡散層2とコンタクトホール4を通して電気的に接続
していた。
〔背景技術の問題点〕
しかしながら、LSIの高集積化により素子が微細化さ
れ、これに伴ってコンタクトホールが開口寸法が小さく
なると、配線と拡散層とのコンタクト抵抗が増大すると
いう問題が生じる。これを第12図(A)、(B)を参
照して説明る。コンタクトホール4の寸法が同図(A)
に示すよに大きい場合には、Au配線5と拡散層2との
接触面積が大きく、電流6が該広い接触面積を通して拡
散層2側に流れ、コンタクト抵抗を充分に低くできる。
これに対し、同図(B)に示すようにコンタクトホール
4の寸法が小さい場合には、配線5と拡散層2との接触
面積が小さくなり、この部分に電流6が集中してコンタ
クト抵抗が高くなる。
かかる傾向は、半導体技術の向上によるLSIの高集積
化が進むに伴って一層顕著となる。
〔発明の目的〕
本発明は、コンタクトホールの微細化によるコンタクト
抵抗の増大を改善した半導体装置を提供しようとするも
のである。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体基板と配線とをコンタクトホールを通
して接続する構造の半導体装置において、前記コンタク
トホール下の基板の一部又は全部に穴を穿設し、前記配
線を該穴の底面及び側面で基板と電気的に接触させたこ
とを特徴とするものである。かかる本発明によれば、コ
ンタクトホールしたの基板表面に穴を穿設することによ
って、コンタクトホールが微細化されても基板に対する
配線の接触面積が増大してコンタクト抵抗を著しく低減
できる。
上記穴の深さは、開口寸法(又は開口面積)と目的とす
るコンタクト抵抗とにより決定される。
即ち、Afi配線におけるコンタクト面積とコンタクト
抵抗との関係は第4図に示す特性線Aの如くコンタクト
面積の微細化に伴ってコンタク抵抗も略直線的に増加す
る。ところで、砒素を拡散源として形成したn+型抵拡
散層シート抵抗は50〜100Ω/口であることから、
回路特性上コンタク抵抗(ρ。)を50Ω以下にするこ
とが望ましい。こで、コンタクトホール下の半導体基板
に穿設する穴の開口形状を正方形とし、その開口面積を
S、−辺の長さを2、深さをdとすると、コンタクト抵
抗(ρ0 )を50Ω保持するには、前述した第4図の
特性線Aより次式のようになる。
ρ。−90/5−90/ (4りd+、92)・・・(
1) 、−、d −(90,/ (4ρcff))ff/4・
・・(2) 上記(2)式にρc−50を代入すると、dは次式(3
)で表わされる。
d−(0,45/R)−Q/4  ・・・(3)従って
、上記(3)式よりコンタクト抵抗を50Ωに設定する
ための穴の一辺の長さく2)を1.3μmから順次小さ
くしていくと、その長さi)に対する深さくd)は下記
表のようになる。
表 上表よりコンタクトホールの一辺が1.4μm以下、開
口面積で1.69μm2以下において、該コンタクトホ
ールしたの半導体基板表面に穴を穿設することが、コン
タクト抵抗を5oΩ以下に設定できる効果的な手段であ
ることがわかる。また、咳穴の一辺を1μm以下(開口
面積Sで1μm2以下)にした場合、その深さを開口径
の1/4(又は7S/4)以上にすれば充分なコンタク
ト抵抗の低減を達成できる。穴の深さは、深い程コンタ
クト抵抗を低減できるが、あまり深い穴は製造コストが
高くなるため、穴の深さは開口径の1/4〜3倍程度が
適当である。
なお、A(1−8i合金の配線を用いた場合は、第4図
の特性線Bに示すようにコンタクト寸法が1.2μm2
を境にA2配線の場合より顕著に増大する。これはAu
−3i合金中の3iが配線と基板との界面に析出するた
めである。但し、Affi配線を用いた場合、A℃の拡
散層に対する突抜けを起こすので、穴の内面に少なくと
もWやTi等の高融点金属のバリア層を設けることが望
ましい。
高融点金属からなるバリア層の拡散層に対するコンタク
ト抵抗は、前述した第4図の特性線Aに示すA2配線と
略同様となる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図(a)〜(C)を参照し
て詳細に説明する。
まず、p型シリコン基板11の表面にn型不純物、例え
ば砒素を選択的にドーピングして拡散深さ0.6μmの
n+型抵拡散層12形成した。つづいて、全面にCVD
法により厚さ7000人の3i02膜13を堆積した後
、前記n+型型数散層2の一部に対応するSiO2膜1
3に反応性イオンエツチングを用いたフォトエツチング
技術により選択的に除去して例えば1μm角のコンタク
トホール14を開孔した(第1図(a)図示)。
次いで、SiO2膜13をマスクとして反応性イオンエ
ツチングによりコンタクトホール14から露出する基板
表面を除去して深さ0.3μmの穴15を形成した(同
図(b)図示)。つづいて、全面にスパッタリング法等
により厚さ1μmのAgl!を堆積し、これをパターニ
ングして前記コンタクトホール14下の穴15の底面及
び内側面を介してn+型拡!!!!!12と接続するA
fl配線16を形成したく同図(C)図示)。
しかして、本発明の半導体装置はA2配線16がコンタ
クトホール14下に穿設した穴15の内面を介してn+
型拡散瘤12に接続されている。
つまり、本発明の半導体装置におけるコンタクト面積は
、従来構造のコンタクト面積に比べて穴15の内側面に
相当する分だけ増加できる。その結果、第2図に示すよ
うにコンタクトホール14の開口面積が1μm2と微細
でも、電流17はA2配m16から穴15の内側面及び
底面の広い接触面積を通してn+型型数散層12側流れ
、コンタクト抵抗を充分に低(できる。じじつ、本実施
例のにおけるコンタクトホール14の寸法、穴15の深
さ等のパラメータでコンタクト抵抗を50Ω以下にでき
た。
なお、本発明の半導体装置は前述した第1図(C)に示
す構造のもの限定されず、以下に説明する第3図〜第7
図に示す構造にしてもよい。
即ち、第3図に示す半導体装置はコンタクトホール14
から露出するシリコン基板11のn+型拡散府12に該
拡散層12と基板11の界面付近に至る深い穴15を設
け、かつ該穴15を通してn型不純物、例えば砒素やリ
ンを拡散して穴15の周囲に前記拡散層12より高a度
のn+型抵拡散層18設けたものである。かかる構造に
よれば、穴15の深さを深くした分、へ2配線(図示せ
ず)とのコンタクト抵抗を低減でき、しかもへβ配線が
接触する穴15内面に高濃度の拡散層18を形成するこ
とにより、より一部コンタクト抵抗を低減できる。
第4図に示す半導体装置は、コンタクトホール14から
露出するシリコン基板1]のn+型抵拡散層12ら基板
11に至る深い穴15を設け、がつ該穴15を通してn
型不純物、例えば砒素やリンを拡散して穴15の周囲の
拡散層12及び基板11に該拡散層12より高濃度のn
+型抵拡散層18設けたものである。かかる構造によれ
ば、第3図に示す半導体装置より穴15の深さを深くし
たため、A2配線(図示せず)により拡散層12と基板
11とが短絡することなく、コンタクト抵抗をより一層
低減できる。
第5図の半導体装置は、コンタクトホール14から露出
するn+型抵拡散層12一部、つまりコンタク1−ホー
ル14の寸法より小さい穴15を開口したものである。
第6図の半導体装置は、コンタクトホール14から霧出
するn+型拡散層12部分より広い面積、つまりコンタ
クトホール14から露出する拡散層12をオーバエツチ
ングしてその寸法より大きい穴15を開口したものであ
る。
第7図の半導体装置は、コンタクトホール14から露出
するn+型拡散!112?!数の穴15t、152を開
口したものである。こうした第7図図示の構造によれば
、穴の深さが同一のものに比べて実効的に穴内面の面積
を大きくできるため、AN配線とのコンタクト抵抗をよ
り低減できる。
上記実施例の第1図(C)に示すように穴15が深い時
などの場合には、フンタクトホール14に対応づるA2
配線16部分によみが形成されたり、Al1が充分にフ
ンタフ1〜ホール14内面に蒸着されないこともある。
このような場合には、第9図に示すようにスパッタリン
グ法や選択エピタキシャル法等により穴15及びコンタ
クトホール14内に予め金属(配線材料と異なる)19
を埋込み、その後配線16を形成してもよい。また、A
ffixの蒸着条件を等を選択することにより一度のA
 R,の堆積、バターニングによって第10図に示すよ
うにコンタクトホール14に対応する部分に窪みのない
配線16を形成するようにしてもよい。
上記実施例では、p型シリコン基板表面に形成したn+
型型数散層の穴の開孔について説明したが、p型シリコ
ン基板そのものにコンタクトホールを通して穴を開孔し
、基板とAρ配線とを接続するようにしてもよく、p型
シリコン基板表面に同導電型のp+型拡ll!2層を形
成し、このp+型抵拡散層コンタクトホールを通して穴
を開孔してもよい。
上記実施例では、コンタクトホールの開口形状を主とし
て正方形としたが、これにんていされず、長方形、円形
等任意の形状にしてもよい。
(発明の効果) 以上詳述した如く、本発明によればコンタクトホールの
微細化によるコンタクト抵抗の増大を改善でき、ひいて
は高集積度の超LSIへの適用が可能で、高速動作を達
成し得る半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(C)は本発明の実施例における半導体
装置の製造工程を示す断面図、第2図は第1図(C)の
半導体装置の作用を説明するための断面図、第3図〜第
7図、第9図、第10図は夫々本発明の他の実施例を示
す半導体装置の除重図、第8図はコンタクトホールの面
積とコンタクト抵抗どの関係を示す特性図、第11図は
従来の半導体装置を示す断面図、第12図(A)、(B
)は従来の問題点を説明するための断面図である。 11・・・p型シリコン基板、12.18・・・n+型
拡散否、13・・・5102膜、14・・・コンタクト
ホール、15.151.152・・・穴、16・・・へ
2配線。 出願人代理人  弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第3図 第4図 ′Is5図 第6図 第7図 手続補正書 昭和 6−・1・46日 持1;1庁長官  宇  賀  道  部  殿1、事
件の表示 特願昭60−214503号 2、発明の名称 半導体装置 3、を山王をする渚 °1「件との関係 特許出願人 (307)株式会社 東芝 4、代理人 5 自発補正 7補正の内容 (1)  明細書中温3頁15行目において、「説明る
。」とあるを「説明する。」と訂正する。 (2)  明細書中温5頁10行目において、「こで」
とあるを「ここで」と訂正する。 (3)明細書中温6頁下から9行目において、「1.4
μm」とあるを「1.3μm」と訂正する0

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、半導体基板と配線とをコンタクトホールを通し
    て接続する構造の半導体装置において、前記コンタクト
    ホール下の基板の一部又は全部に穴を穿設し、前記配線
    を該穴の底面及び側面で基板と電気的に接触させたこと
    を特徴とする半導体装置。
  2. (2)、穴が1.3μm角以下又は開口面積で1.69
    μm^2以下であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置。
  3. (3)、穴が1μm角以下であり、該穴の深さが穴径の
    1/4以上であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の半導体装置。
  4. (4)、穴が開口面積Sで1μm^2以下であり、該穴
    の深さが√S/4以上であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置。
  5. (5)、穴が凹凸形状をなすことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置。
  6. (6)、穴の周囲の半導体基板部分には、該基板表面に
    形成された不純物拡散層と繋がる不純物拡散層が設けら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体装置。
  7. (7)、穴下又は穴の周辺に位置する不純物拡散層の濃
    度が半導体基板表面の不純物拡散層の濃度より高いこと
    を特徴とする特許請求の範囲第6項記載の半導体装置。
  8. (8)、配線がAlからなることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置。
  9. (9)、Alからなる配線が少なくとも穴内面に形成し
    た高融点金属のバリア層を介して半導体基板と接続して
    いることを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の半導
    体装置。
JP21450385A 1985-09-30 1985-09-30 半導体装置 Pending JPS6276548A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02203523A (ja) * 1989-02-02 1990-08-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JPH03217017A (ja) * 1990-01-23 1991-09-24 Takehide Shirato 半導体装置
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JPS60101968A (ja) * 1983-11-07 1985-06-06 Seiko Epson Corp 半導体装置
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