JPS63136568A - 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】 〔概要〕 半導体装置のコンタクト部のみにドープした炭化珪素（
ＳｉＣ）を残して拡散バリアとし、このドープしたＳｉ
Ｃ上に配線を形成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置に関し、例えばＭＯＳ　ｌ−ランジ
スタまたはバイポーラトランジスタにおいて、半導体基
板とコンタクトをとる配線のための拡散バリアとしてド
ープしたＳｉＣ膜を用いてなる半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体基板例えばシリコン基板に形成された不純
物拡散領域（ソース・ドレイン領域）とアルミニウム（
ｉ）配線とのコンタクトをとる場合の構造は第２図に示
される如きもので、図中、１はシリコン基板、５はソー
ス・ドレイン領域、６は例えば燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）
の絶ｊＨｌ’Ａ、８はＡｌ配線であり、かかる構造は一
般に知られたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、＾ｌ配線８のシリコン基板１とのコンタクト部で
は、Ａ７！配線８が純アルミニウムの場合、第２図に示
すようにデバイス！中の熱処理で・シリコン基板１中に
Ａｌ＜さび３１がくさび状に入り込んでソース・ドレイ
ン領域５のジャンクションを破壊する。このような現象
は、前記した熱処理によってシリコン基板１のシリコン
がＡＩに吸い上げられ、その後に八！が入り込むという
Ｓｉとｌの相互拡散によるものである。

このようなジャンクション破壊を防止するためＡｌ中に
１％程度のＳｉを含ませる技術が用いられるが、　Ｑｅ
−Ｓｉ１％配線３２の場合、ジャンクションを破壊する
ことはないが、第３図に示すように同じくデバイス製造
中に熱処理で高温では固溶していた配線中のシリコンが
冷却時にコンタクト窓の部分に再析出して固相エビクキ
シャル成長して再析出シリコン３３が作られる。コンタ
クト窓が大であれば再析出シリコン３３は部分的にしか
形成されないが、コンタクト窓が小であると、図示の如
く再析出シリコン３３がコンタクト窓を完全に埋めるよ
うになる。この再析出シリコン３３はアルミニウムとア
クセプタとして含むためにＰ型であるので、特に下地の
シリコンがＮ型の部分で、オーミックコンタクトが（与
られないので、コンタクト不良を起し、場合によっては
ＰＮジャンクションが形成されダイオード特性を示すこ
とがある。

以上の現象はアルミニウムとシリコンが相互に拡散する
ために生ずるのであるから、アルミニウムとシリコンの
間に拡散バリアを挾むことによって第２図、第３図に示
すような不良を防ぐ技術が開発された。従来、拡散バリ
アとしてはスパッタで成膜した窒化チタン（ＴｉＮ　）
が用いられている。

この場合、第４図に示す如（、良好なオーミックコンタ
クトを得るためのチタン膜３４と拡散バリアＩ−の窒化
チタン膜３５を純アルミニウム膜８を堆積する前に形成
して、アルミニウム８と拡散層５の間に挾む。窒化チタ
ン３５を挾むことで、アルミニウムとシリコンの相互拡
散は格段に抑えられるようになったが、本発明者の実験
によると４５０℃〜４８０℃の熱処理を繰り返した場合
、第２図のアルミニウムくさび３１が見られることがあ
り、窒化チタンの拡散バリア性が完全でないことが認め
られた。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、シリ
コン基板とコンタクトをとるアルミニウム配線をシリコ
ン基板のコンタクト部に形成する場合に、シリコンとア
ルミニウムの相互拡散を完全に防止する拡散バリアをも
った半導体装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図（ａ）と（ｂ）は、それぞれ本発明にががるＭＯ
Ｓトランジスタとバイポーラトランジスタの断面図で、
図中、１はシリコン基板、２はフィールド酸化膜、３は
ゲート酸化膜、４は多結晶シリコンのゲート電極、５は
ソース・ドレイン領域、６は１１５Ｇ膜、７は炭化珪素
膜（ＳｉＣ膜）、７ａはドープした５ｉＣＩＪＱ、８は
Ａ１配線、９はコンタクト窓である。

本発明においては、コンタクト部にコンタクト窓９の開
いたＰＳＧ膜６上に全面にＳｉＣ膜７を設け、５ｉＣＩ
Ｑのコンタクト窓の部分のみ下地と同導電型にドープさ
れてドープしたＳｉＣＩＱ　７　ａが形成され、ドープ
したＳｉＣＩＱ　７　ａ上にｉ配線８が形成された半導
体装置（ＭＯＳトランジスタまたはバイポーラトランジ
スタ）が提供される。

〔作用〕

ＳｉＣは拡散バリア性がきわめて大きく、本発明者の実
験によると（１００）シリコン上に化学気相成長法（Ｃ
ＶＤ法）テＳｔＣを１０００人形成し、更にＷ（タング
ステン）１０００人をスパッタで堆積した構造では、８
００℃３０分の熱処理でもＷとＳｉの相互拡散はみられ
ない。また同じ＜　ＳｉＣの上がＡｇの場合でも５００
℃３０分の熱処理でも　ＡｌとＳｉの相互拡散はみられ
ない。

ＳｉＣはこのように拡散バリア性が大きいにもかかわら
ず、ドライエツチングにおけるエツチングレートが遅い
ために、デバイスへの適用が困難であった。

本発明は、ＳｉＣがノンドープでは半絶縁性であること
、ドープするとＮ型またはＰ型の半導体となり導電性を
有することを利用し、エツチングをしないでＳｉＣをデ
バイスに適用する。

また、ドープしたＳｉＣはアルミニウムおよびシリコン
に対レオ−ミックな電気的接触をするため、ＬＳＩのコ
ンタクト部を含む絶縁膜上に全面にＳｉＣを形成し、コ
ンタクト部のみ所望の導電型にドープすることにより、
熱的安定性に優れたアルミニウム電極配線を作成する。

配線材料はアルミニウムに限らず、すべての導電性物質
に適用することが可能である。

〔実方缶仔１）〕 以下、図面養参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図ｆａ）は本発明にがかるＭＯＳ　）ランジスタ素
子の断面図を、同図（ｂ）は同じくバイポーラトランジ
スタ素子の断面図を示している。

第１図（ａｌでは通常のＮチャネルＭＯ５）ランジスタ
の製造方法に従って、パッシベーション用ＰＳＧ膜５に
リアクティブ・イオン・エツチングで基板拡散層５およ
びゲート電極４上にコンタクト窓を開けた後に、高周波
スパック法で炭化珪素膜７を堆積し、コンタクト領域の
みイオンインプランテーションによって燐をドープした
領域７ａを形成する。活性化した後電極用のアルミニウ
ムの配線８を形成する。第１図（ａｌでは以後の工程は
省略した。

次に工程に従って説明する。Ｐ型ＩｏＱｃｍ　（１００
）シリコン基板Ｉ上の厚さ６０００人のフィールド酸化
膜２に囲まれた領域の厚さ３００人のゲート酸化膜３の
上に、厚さ４０００人の多結晶シリコン膜からなるゲー
ト電極４を形成する。イオンインプランテーションによ
りソース・ドレイン領域５およびゲート領域に砒素を４
　Ｘ　１０１５／　ｃｍ２，７０　ＫｅＶ　テドーブし
た後、厚さ８０００人の４％の燐を含んだＰＳＧ膜６を
ＣＶＤで堆積し、次にＣＦ４とＣＨＦ　３がそれぞれ５
０％の混合ガスを用いてコンタクト部分のＰｓＧをリア
クティブ・イオン・エツチングにより除去しコンタクト
窓９を形成する。ターゲットに炭化珪素を用いたＡｒＯ
高周波スパックで厚さ５００人の炭化珪素膜７を堆積す
る。図示しないレジストをパターニングしてコンタクト
部分のみ開け、イオンインプランテーションで燐をＩ　
ＸＩＯ１６／ｃｍ２゜５０ＫｅＶの条件で打ち込んだ後
レジストを除去して、コンタクト部分７ａのみドープす
る。１０００℃、１０分窒素中で熱処理を行い、ドープ
領域の活性化を行う。直流スパッタ法により１．０μｍ
の純アルミニウムを堆積し、ｃｃｉ！、を用いたりアク
ティブ・イオン・エツチングによりアルミニウムの配線
８を形成する。図示しない保護用ＰＳＧをＣｖＤで形成
し、リード線取出し用の窓をＣＦ４とＣＨＦ３がそれぞ
れ５０％の混合ガスを用いて開き、ＭＯＳ　ｌ−ランジ
スタを作成する。

次に第１図（ｂｌのバイポーラトランジスタへの通用例
について説明する。Ｐ型１０Ωｃｍ　（１００）シリコ
ン基板Ｉにアンチモンを拡散して埋込み層１４を形成し
た後、　ＳｉＨすと　）１２　、　ｒ’Ｈ３を用いて１
０００℃で１．５μｍのエピタキシャル層１６を形成す
る。

Ｂα３を用いたりアクティブ・イオン・エツチングでア
イソレーション用のＵ溝を基板に達するまで開ける。３
０００人膜厚の酸化膜（ＳｉＯ２膜）１２の上に多結晶
シリコン１３を１．５μｍ堆積した後、エッチバックで
平面上の多結晶シリコンをエツチングし、Ｕ？ａの中に
のみ多結晶シリコンを残す。以下通常のバイポーラトラ
ンジスタの形成法に従ってコレクタコンタクト部１５を
情拡散でＮ＋に、ベース１７をポロン・イオンインプラ
ンテーション（Ｂ”ｌｌ）でＰ４にした後、厚さ４００
０人の酸化膜５ｉＯｚ膜）１９と厚さ５００人（７）　
Ｓｉ）　Ｎａ　！ＩＱ　２０ニコＬ／クタ、ベース、エ
ミッタのそれぞれのコンタクト窓１５ａ　、　１７ａ　
、　１８ａを開ける。再びＳｉ３Ｎ、４５００人を堆積
した後、ＣＦ、、ＩＯ）　ＲｒＥ　Ｔ：　Ｓｉ３　Ｎ、
４（Ｄ全面ｘ７チングを行い、サイドウオールに５ｔ３
Ｎｕ　２０’を残す。

このようにして作成したコンタクト窓の底のコンタクト
部以外は５ｉ）Ｎｕ　７：ａわれた構造の上にＣＶＤ法
で炭化珪素膜（ＳｉＣ）　２１を５００人堆杷する。

５ｊ３Ｎｕ　膜２０＋　２０ａの存在理由は５ｉ０２肱
上には炭化珪素膜３７の分解成長が起り難いためである
。

炭化珪素膜２１はＣＶＤ法によって、基板温度を１００
０℃に昇温し、トリクロルシラン（ＳｉＨα３）とプロ
パン（ＣＪｌｌｔ　）を水素（＋１２　）中で分解させ
て成長する。コレクタコンタクト領域１５とエミッタ領
域１８のコンタクト窓１５ａと１８ａには砒素（Ａｓ）
を、ベース領域１７には硼素（Ｂ）を図示しないレジス
トをマスクにしてそれぞれイオンインプランテーション
によってドーピングし、Ｎ型の炭化珪素膜２１ａおよび
Ｐ型の炭化珪素膜２１ｂを形成し、コンタクト部を導電
性にする。エミッタコンタクトの窓１８ａを通して打ち
込まれた砒素は一部シリコン基板まで達し、Ｐ型ベース
領域をＮ型に反転してシリコン中にエミッタ領域１８を
形成する。

また炭化珪素膜２１のうち、不純物が導入されていない
部分は真性半導体で抵抗が非常に高いため、実用上は絶
縁物とみなして差し支えない。不純物の活性化とエミッ
タ深さのコントロールのために１１００℃、　３０秒の
ランプアニールを窒素中で行った後、電極材料のアルミ
ニウムをスパッタで１．０μｍ堆積し、ＢＣｅ３のリア
クティブ・イオン・エツチングを行ってアルミニウム配
線層２２を形成する。以後図示されていないが、保護用
のＰＳＧ膜を１．０μｍ堆積し、リード線取出し用の窓
を開けることによりバイポーラトランジスタが作成され
る。

上記した構造において、ドープしたＳｉＣ膜７ａ。

２１ａ　、　２１ｂはいずれも導電性をもっているので
それぞれシリコン基板１とｉ配線８，２２との間のコン
タクトをとることができると同時に、ＳｉＣはそれ自体
前述したバリア性をもっているので、図示の装置におい
ては以後の熱工程においてシリコンとアルミニウムとの
相互拡散が防止されるのである。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、半導体装置のコ
ンタクト部において基板と配線材料との間の相互拡散が
防止され、半導体装置の信頼性向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌと（ｂ）は本発明の第１と第２実施例の断
面図、 第２図は配線が純アルミニウムのときの従来のトランジ
スタのコンタクト部の断面図で従来例の問題点を示す図
、 第３図は配線が１−Ｓｉ１％合金のときの従来のトラン
ジスタのコンタクト部の断面図で従来例の問題点を示す
図、 第４図は従来例断面図、すなわち拡散バリアにＴｉＮを
用いたときの従来のトランジスタのコンタクト部の断面
図である。 第１図において、 １はシリコン基板、 ２はフィールド酸化膜、 ３はゲート酸化膜、 ４はゲート電極、 ５はソース・ドレイン領域、 ６はＰＳＧ膜、 ７はＳｉＣ膜、 ７ａは燐ドープしたＳｉＣ膜、 ８はＩＩ配線、 ９はコンタクト窓、 １２は　ＳｉＯ２用東、 １３は多結晶シリコン、 １４は埋没拡散層、 １５はコレクタコンタクト領域、 １５ａはコンタクト窓、 １６はエビクキシャル層、 １７はベース領域、 １７ａはコンタクト窓、 １８はエミッタ領域、 １８ａはコンタクト窓、 １９は　ＳｉＯ２膜、 ２０、２０ａはＳｉ３Ｎ４膜、 ２１はＳｉＣ膜、 ２１ａ　、　２１ｂはドープしたＳｉＣ膜、２２はＡ１
配線である。 代理人　　弁理士　　久木元　　　彰 復代理人　弁理士　　大　菅　義　之 ｆＡ７°′１８ ｆｔｔＬＨりの藺朶点を示り町ｌ閃 第２図 、＜Ａ４−５ｉ　１°／、ａｕ＊３２ 伐粂例／１簡ｌｕ零１耕ｌ圀 Ｑｌ　ｔ　９リ　＃ｒ＆：Ｊ　戸］ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板（１）上のコンタクト窓（９、１５ａ、１７
   ａ、１８ａ）が開けられた絶縁膜（６、２０、２０ａ）
   上に全面に炭化珪素膜（７、２１）が形成されてなり、 前記炭化珪素膜のコンタクト窓の部分（７ａ、２１ａ、
   ２１ｂ）のみが下地と同一導電型にドープされたもので
   あり、 炭化珪素膜（７、２１）上に電極配線（８、２２）が形
   成されてなることを特徴とする半導体装置。