JPS6313326A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、金属バリヤ屓を形成する半導体装置の製造方
法に関するものであり、特にイオン注入により金属バリ
ヤ層の機能を増強させるような半導体装置の製造方法に
関する。

Ｂ０発明の概要 本発明は、不純物領域上の開口部に金属バリヤ層を形成
した後に配線金属を形成する半導体装置の製造方法にお
いて、不純物領域を露出させた後上記不純物領域の接合
を決定するエネルギーよりも低いエネルギーで上記不純
物領域と同導電型の不純物を上記半導体基板へイオン注
入することにより、有効な金泥バリヤ層の効果を得るも
のである。

Ｃ０従来の技術 一般に、半導体素子のソース・ドレイン等の不純物領域
への配線には、ＡＩ！（アルミニウム）配線が用いられ
ることがあり、八βの突き抜は所謂アロイスパイクの防
止等の目的で金属バリヤ層が形成されることがある。

例えば、ソース・ドレイン領域となる不純物領域上の眉
間絶縁層の一部をコンタクトのために開口し、Ａｌ配線
を施す以前に、金属バリヤ層として例えば薄膜のＴｉ（
チタン）およびＴｉＮ　（チタン・ナイトライド）を順
次被覆することが行われる。

そして、このような金属バリヤ層を形成することによっ
て、Ｓｉ（シリコン）とＡｌの熱合金反応物であるアロ
イスパイクの発生を抑制し突き抜けによる接合の破壊を
防止したり、或いはコンタクト抵抗の低減、さらにはス
トレスマイグレーション等の弊害を防止している。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述のように開口部に単に金属バリヤ層
を設けるのみでは、十分なバリヤ効果が得られず、特に
サブミクロン化が進む今日の半導体製造技術においては
、何らかの問題解決手段が求められている。

即ち、通常、配線のための開口部は、不純物領域上から
選択酸化により形成される所謂ＬＯＣＯ８部と呼ばれる
フィールド酸化膜の境目の領域まで大きく形成される。

そして、このような開口部は、例えばＲＩＥ（反応イオ
ンエツチング）法により行われるが、過度のエツチング
によっては、イオンのダメージ等により、或いは基板若
しくはチャンネルストッパー領域等までの距離が短くな
るため、Ａｊ２の突き抜けが生ずる確率が大きくなり、
またリーク電流等が大きくなって、十分なバリヤ効果を
得ることが困難となる。

そして、さらに半導体装置の集積度を向上させる場合に
は、不純物領域の接合深さを浅くする必要があり、従来
に比し、有効なバリヤ効果を得ることが強く求められて
いる。

一方、金属バリヤ層を形成せずに、ＡＪ層と不純物領域
の間に例えば多結晶シリコン層を形成しその間の距離番
犬きくして、有効なバリヤ効果を得ようとする方法も知
られるが、集積化を押し進めた場合には、限界が有り、
接合等の破壊を回避する有効な手段とは言い得ない。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、特に素子の高集
積化に対応して、有効な金属バリヤ層の効果を得る半導
体装置の製造方法の提供を目的とする。

Ｅ０問題点を解決するための手段 本発明は、不純物領域が形成された半導体基板上の絶縁
層に開口部を形成し当該不純物領域を露出させる工程と
、上記不純物領域の深さを決定するエネルギーよりも低
いエネルギーで上記不純物領域と同導電型の不純物を上
記開口部より上記半導体基板へイオン注入する工程と、
上記不純物領域の開口部を被覆して金属バリヤ層を形成
する工程と、上記金属バリヤ層上に配線金属を形成する
工程とからなる半導体装置の製造方法により上述の問題
点を解決する。

Ｆ０作用 絶縁層に開口部を形成した後、金属バリヤ層を形成する
前に、上述のような低エネルギーのイオン注入を行って
、何ら不純物領域の接合深さを変動させることなく、金
属バリヤ層の効果を高めることができる。

Ｇ、実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

先ず、本実施例の半導体装置の製造方法をその製造工程
に従って説明する。

（ａ）第１図ａに示すように、Ｐ型のシリコン基板若し
くはウェル領域等の半導体基板１上に、チャンネルスト
ッパー領域２が形成され、選択酸化等によりフィールド
酸化膜３が形成される。そして、このフィールド酸化膜
３の間の領域には、例えばＮＭＯＳトランジスタのソー
ス・ドレイン領域となるＮ十型の不純物領域４が形成さ
れ、眉間絶縁Ｎ５が所定の厚みで形成される。

（ｂ）第１図すに示すように、上記不純物領域４上に形
成された眉間絶縁層５をフォトリソグラフィ技術を用い
て開口部６を形成する。この開口には、通常ＲＩＥ法が
用いられ、およそ１５％程度のオーバーエツチングが行
われる。この開口部６の形成から半導体基板１の不純物
領域４が露出する。

（ｃ）開口部６の形成後、第１図Ｃに示すように、低エ
ネルギーのイオン注入を行う。このイオン注入のエネル
ギーは、上記不純物領域４の深さを決定するエネルギー
よりも低いエネルギーである。

例えば不純物領域４をイオン注入により形成したときに
は、その不純物領域４の接合深さＸｊは、当該イオン注
入の注入エネルギーに依存して決定されるが、その注入
エネルギーよりも低いエネルギーで開口部６の形成後の
イオン注入を行う。また、特にイオン注入により不純物
領域４を形成した場合に限定されるものではない。

この低エネルギーのイオン注入は、上記不純物領域４を
形成する不純物と同導電型の不純物を用し・で行う。例
えばＮ型の不純物領域４であれば、Ａｓ（砒素）等を用
いることができ、逆にＰ型の不純物領域４であれば、Ｂ
（ボロン）等を用いることができる。

このように金属バリヤ層の形成前に、補償するような低
エネルギーかつ同導電型のイオン注入を行うことで、後
述するようにリーク電流を防止することができる。また
、第１図Ｃ中破線で示すように、距離ｙだけマスクずれ
が生じ、ＲＩＥ法により形成する開口部６が上記フィー
ルド酸化膜３上にまで至るような場合であっても、リー
ク電流等を抑制することができる。また、このような不
純物のイオン注入によっては、不純物領域４の表面抵抗
を低抵抗にすることができ、コンタクト特性が向上する
。

（ｄ）このような低エネルギーのイオン注入の後、第１
図ｄに示すように、開口部６を被覆して上記不純物領域
４の露出部を覆うように、金属バリヤ層７を形成する。

この金属バリヤＩ’ｉｉ７は、例えばＴ　ｉ　［９を３
０δ人程度の厚みに形成し、更にＴｉＮ１ｌｌｌを５０
０人程度の厚みに形成したものを用いることができる。

なお、他の高融点金属等を用いても形成することができ
る。

（ｅ）次に、第１図ｅに示すように、配線金属層として
Ａ１層８を形成する。このように不純物領域４への配線
のため、ＡＪ層８を形成するが、本実施例の半導体装置
の製造方法では、金属バリヤ層７を有し、かつ低エネル
ギーのイオン注入が施されてなるため、リーク電流を押
さえ十分なバリヤ効果を得ることができる。

以上の工程より本実施例の半導体装置の製造方法は構成
されるが、そのバリヤ効果や高集積化に好適である等の
点について、実験例に基づき説明する。

先ず、実験は、上記低エネルギーのイオン注入の有無に
よる逆バイアスリーク電流値の違いを調べたものである
。イオン注入は、ＲＩＥにより開口され２０％オーバー
エツチングした基板に対して、Ａｓ＋を用い、注入エネ
ルギー５０ｋｅＶ。

イオン注入３１１　Ｘ　Ｉ　Ｑ”　ａｍ２の条件で行っ
たものであり、イオン注入を行ったものとイオン注入を
行わないものの双方を、リフロー条件を９００℃、１０
分間で眉間絶縁層のＡｇ２Ｏ層をリフローし、Ｔｉ、Ｔ
ｉＮの各層からなる金属バリヤ層を形成し、所定のＡＩ
ｌ配線を施して、これらを試料として用−いている。尚
、試料のペリ・フェリ長（周囲の長さ）は１．１９備で
ある。

その結果、第１表に示すようなバイアスリーク電流値が
得られている。

第１表 （尚、開口部のエツジまでの距離は、フィールド酸化膜
のエツジと開口部の側壁までの距離（μｍ）であって、
マイナス値はフィールド酸化股上に開口部が位置するこ
とを意味する。） 以上の第１表からも明らかなように、イオン注入を施し
たときの方が、特にフィールド酸化膜のエツジと開口部
の端部の距離が近い場合に、有効にリーク電流を低減す
ることができる。また、イオン注入有りでは、許容値で
ある１２ｐＡを全て満足し、このようなイオン注入によ
って素子のばらつき等も補償できることが分かる。

また、他の実験から、第２図、第３図に示すようなデー
タも得られている。

第２図及び第３図は、それぞれ各注入量で低エネルギー
のイオン注入を行った場合のそれぞれ接合の深さＸｊの
変動を示す図であって、第２図はＰ型の不純物領域の場
合であり、第３図はＮ型の不純物領域の場合である。

先ず、第２図に示されるＰ型の不純物領域を形成した場
合については、初めに不純物領域をＢＦｔ＋を用いて、
５０ｋｅＶ、３Ｘ１０’ａｍ４のイオン注入により形成
したものに対して、上述の低エネルギーのイオン注入と
して、Ｂ＋を用い３（）ｋｅＶの条件で、各イオン注入
量でのイオン注入を施している。各イオン注入量は、イ
オン注入無し、ｌＸ１０１３．ｌＸｌ０”、ｌＸ１０１
５の各注入量（Ｃ１１４）であり、それぞれ第２図に図
示される線Ａｐ、線Ｂｐ、線Ｃｐ、線Ｄｐに対応する。

この第２図に示すように、線Ａｐ、線Ｂｐ、線Ｃｐに関
して、接合深さＸｊがおよそ０．３〜０゜３５μｍ程度
に維持され、線Ｄｐの場合を除いて有効に接合深さＸｊ
の増大が抑制されている。

また、第３図に示されるＮ型の不純物領域を形成した場
合については、初めに不純物領域をＡｓ＋を用イテ、７
０ｋｅＶ、５Ｘ１０ＩＳｃｍ４のイオン注入により形成
したものに対して、上述の低エネルギーのイオン注入と
して、Ａｓ＋を用い５０ｋｅＶの条件で、各イオン注入
量でのイオン注入を施している。各イオン注入量は、第
２図に示すものと同様に、イオン注入無し、ｌＸ１０１
３．ｌＸｌ０”、ｌＸｌ０ＩＳの各注入量（ｃｍ”　）
であり、それぞれ第３歯に図示される線Ａｎ、線Ｂｎ、
線Ｃｎ、線Ｄｎに対応する。この第３図に示すように、
線Ａｎ、線Ｂｎ、線Ｃｎ、線Ｄｎに関して、接合深さＸ
ｊがおよそ０．１〜０．２５μｍ程度に維持され、同様
に接合深さＸｊの増大が抑制されている。

このように、本実施例にかかる低エネルギーのイオン注
入では、接合深さＸｊの拡がりを抑制することができ、
特に素子の高集積化を図って、不純物領域を浅く形成し
たときに有効な金属バリヤ層の効果を得るための手段と
なっている。

Ｈ９発明の効果 本発明の半導体装置の製造方法は、金属バリヤ層の形成
以前に、低エネルギーのイオン注入を行うため、金属バ
リヤ層のアロイスパイク防止や表面抵抗の低減等の効果
を高めることができる。そして、このように金属バリヤ
層を機能を十分に引き出すのみならず、さらに低エネル
ギーのイオン注入を施しても、接合深さＸｊに悪影響は
なく、特に素子の高集積化に対応した半導体装置の製造
方法となっている。また、素子のばらつき等も補償する
ことができ、生産性向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｅは本発明の半導体装置の製造方法を
工程に従って説明するためのそれぞれ概略断面図、第２
図はＰ型の不純物領域に対してイオン注入を行ったとき
の特性図、第３図はＮ型の不純物領域に対してイオン注
入を行ったときの特性図である。 １・・・半導体基板 ２・・・チャンネルストッパー領域 ３・・・フィールド酸化膜 ４・・・不純物領域 ５・・・層間絶縁層 ６・・・開口部 ７・・・金属バリヤ層 ８・・・Ａ４２層 特　許　出　願　人　　ソニー株式会社第１図ａ 第１図ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 不純物領域が形成された半導体基板上の絶縁層に開口部
   を形成し当該不純物領域を露出させる工程と、 上記不純物領域の深さを決定するエネルギーよりも低い
   エネルギーで上記不純物領域と同導電型の不純物を上記
   開口部より上記半導体基板へイオン注入する工程と、 上記不純物領域の開口部を被覆して金属バリヤ層を形成
   する工程と、 上記金属バリヤ層上に配線金属を形成する工程と からなる半導体装置の製造方法。