JPS6362228A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS6362228A JPS6362228A JP20610486A JP20610486A JPS6362228A JP S6362228 A JPS6362228 A JP S6362228A JP 20610486 A JP20610486 A JP 20610486A JP 20610486 A JP20610486 A JP 20610486A JP S6362228 A JPS6362228 A JP S6362228A
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Landscapes
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に配線層
接続の改良をはかった半導体装置の製造方法に関する。
接続の改良をはかった半導体装置の製造方法に関する。
（従来の技術）
近年、半導体集積回路の高密度化に伴い、配線抵抗、配
線間コンタクト抵抗、配線と基板とのコンタクト抵抗等
の低減が必要となっている。また、上層に抵抗として半
導体配線を引き回すことも、例えば抵抗負荷型メモリ
（スタティックＲＡＭ）のＣ−ＭＯＳ回路等では重要と
なっている。
線間コンタクト抵抗、配線と基板とのコンタクト抵抗等
の低減が必要となっている。また、上層に抵抗として半
導体配線を引き回すことも、例えば抵抗負荷型メモリ
（スタティックＲＡＭ）のＣ−ＭＯＳ回路等では重要と
なっている。
一方、配線材料としては、熱的な安定性と電気的抵抗の
低い性質から、高融点金属が有望視されている。特に、
絶縁膜に設けた接続孔を介してシリコン層に接続する場
合、配線の抵抗を低減化するために、高融点金属を配線
するのが効果的である。しかしながら、高融点金属の中
でシリコンとの反応温度が最も高いとされるタングステ
ンさえ、７００［”０１以上の加熱工程を通過させるこ
とにより、容品に硅化物反応が起こる。従って、第３図
（ａ）に示す如くシリコン層３１上の酸化膜３２に開口
した接続孔にタングステン３３を埋込んでも、熱工程で
タングステン３３が硅化物化することになり、同図（ｂ
）に示す如く硅化物形成に伴う体積変化のため、接続孔
を埋めることは極めて困難である。即ち、硅化物化によ
り形成されたタングステン硅化物３４は、シリコン層３
１の中に埋没するのである。また、硅化物化することに
より、タングステンの抵抗が１桁以上も増加する等の問
題があった。
低い性質から、高融点金属が有望視されている。特に、
絶縁膜に設けた接続孔を介してシリコン層に接続する場
合、配線の抵抗を低減化するために、高融点金属を配線
するのが効果的である。しかしながら、高融点金属の中
でシリコンとの反応温度が最も高いとされるタングステ
ンさえ、７００［”０１以上の加熱工程を通過させるこ
とにより、容品に硅化物反応が起こる。従って、第３図
（ａ）に示す如くシリコン層３１上の酸化膜３２に開口
した接続孔にタングステン３３を埋込んでも、熱工程で
タングステン３３が硅化物化することになり、同図（ｂ
）に示す如く硅化物形成に伴う体積変化のため、接続孔
を埋めることは極めて困難である。即ち、硅化物化によ
り形成されたタングステン硅化物３４は、シリコン層３
１の中に埋没するのである。また、硅化物化することに
より、タングステンの抵抗が１桁以上も増加する等の問
題があった。
（発明が解決しようとする問題点）
このように従来、配線層として高融点金属を用いると、
該金属のシリコンとの接触部における硅化物化により抵
抗が増大する等の問題があった。
該金属のシリコンとの接触部における硅化物化により抵
抗が増大する等の問題があった。
また、高融点金属とシリコンとの接触部に金属窒化物を
用いると熱的に安定となるが、この場合窒化物とシリコ
ンとの電気的接触抵抗の増大を招くことになる。
用いると熱的に安定となるが、この場合窒化物とシリコ
ンとの電気的接触抵抗の増大を招くことになる。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、高融点金属膜からなる配線層の硅化物
化を防止することができ、且つ金属窒化物と半導体との
電気的接触抵抗の低減をはかり得、高密度化及び高集積
化に適した半導体装置の製造方法を提供することにある
。
とするところは、高融点金属膜からなる配線層の硅化物
化を防止することができ、且つ金属窒化物と半導体との
電気的接触抵抗の低減をはかり得、高密度化及び高集積
化に適した半導体装置の製造方法を提供することにある
。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
本発明の骨子は、高融点金属に加えて、半導体層と高温
熱処理でも安定な高融点金属窒化物を用いることにより
、高融点金属の硅化物化を防止し、且つ金属窒化物の半
導体層との接触部における電気抵抗を低減することにあ
る。
熱処理でも安定な高融点金属窒化物を用いることにより
、高融点金属の硅化物化を防止し、且つ金属窒化物の半
導体層との接触部における電気抵抗を低減することにあ
る。
即ち本発明は、配線層として高融点金属膜を用い、且つ
該高融点金属膜と半導体層との接続部を高融点金属窒化
物膜で形成してなる半導体装置の製造方法において、前
記半導体層の前記配線層と接続すべき部分を露出させた
のち、少なくとも露出した半導体層上に前記高融点金属
窒化物膜を形成し、次いでこの高融点金属窒化物膜に所
望の不純物イオンを注入し、しがるのち前記高融点金属
膜を形成するようにした方法である。
該高融点金属膜と半導体層との接続部を高融点金属窒化
物膜で形成してなる半導体装置の製造方法において、前
記半導体層の前記配線層と接続すべき部分を露出させた
のち、少なくとも露出した半導体層上に前記高融点金属
窒化物膜を形成し、次いでこの高融点金属窒化物膜に所
望の不純物イオンを注入し、しがるのち前記高融点金属
膜を形成するようにした方法である。
（作用）
上記方法であれば、シリコン−と接触する部分が高融点
金属窒化物で形成されており、この金属窒化物は上層の
金属及び下層の半導体層と熱的に安定である。このため
、ＬＯＯＯ［’Ｃ］前後の熱処理でも、上層の金属の硅
化物化が防止されることになる。また、不純物イオン注
入により、窒化物／半導体層間の絶縁性障壁を破壊し、
界面の不純物濃度を高めることによって、窒化物と半導
体層とのコンタクト特性を著しく改善せしめることがで
きる。従って、低抵抗配線を実現でき、半導体装置の高
密度化及び高集積化に有効である。
金属窒化物で形成されており、この金属窒化物は上層の
金属及び下層の半導体層と熱的に安定である。このため
、ＬＯＯＯ［’Ｃ］前後の熱処理でも、上層の金属の硅
化物化が防止されることになる。また、不純物イオン注
入により、窒化物／半導体層間の絶縁性障壁を破壊し、
界面の不純物濃度を高めることによって、窒化物と半導
体層とのコンタクト特性を著しく改善せしめることがで
きる。従って、低抵抗配線を実現でき、半導体装置の高
密度化及び高集積化に有効である。
（実施例）
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例方法に係わる
半導体装置製造工程を示す断面図である。まず、第１図
（ａ）に示す如く、面方位（１００）。
半導体装置製造工程を示す断面図である。まず、第１図
（ａ）に示す如く、面方位（１００）。
比抵抗４〜６［Ωα］のＮ型シリコン基板１１に約８０
００ ［人］の素子分離用酸化膜１２を形成する。
００ ［人］の素子分離用酸化膜１２を形成する。
続いて、素子形成領域の一部に硼素（Ｂ＋）を３０［Ｋ
ｅＶ ］ テ５ Ｘ １０１５［ｃ１１°２］イオン注
入し、９００［”Ｃ］ 、 ３０分の熱処理を行い、ｐ
十型拡散層１３を形成した。次いで第１図（ｂ）に示す
如く、ＬＰ−ＣＶＤ法で全面に約０．ａ ［ｕ ｍコの
５ｉ０２膜１４を形成し、約７０００〜８０００ ［人
］の寸法のコンタクトホールを開口した。
ｅＶ ］ テ５ Ｘ １０１５［ｃ１１°２］イオン注
入し、９００［”Ｃ］ 、 ３０分の熱処理を行い、ｐ
十型拡散層１３を形成した。次いで第１図（ｂ）に示す
如く、ＬＰ−ＣＶＤ法で全面に約０．ａ ［ｕ ｍコの
５ｉ０２膜１４を形成し、約７０００〜８０００ ［人
］の寸法のコンタクトホールを開口した。
次いで、窒素とアルゴンとの混合ガス雰囲気中（圧力５
Ｘ １Ｏ−３Ｔｏｒｒ）で、Ｔｉターゲットを反応性
スパッタリングすることにより、第１図（ｅ）に示す如
く全面に約１０００ ［人］のＴｉＮ膜（高融点金属窒
化物膜）１５を形成する。その後、硼素を５０ ［Ｋｅ
Ｖ ］ テ５ ｘ １０１５［ｃｌｌ−２１イオン注入
した。
Ｘ １Ｏ−３Ｔｏｒｒ）で、Ｔｉターゲットを反応性
スパッタリングすることにより、第１図（ｅ）に示す如
く全面に約１０００ ［人］のＴｉＮ膜（高融点金属窒
化物膜）１５を形成する。その後、硼素を５０ ［Ｋｅ
Ｖ ］ テ５ ｘ １０１５［ｃｌｌ−２１イオン注入
した。
このとき、硼素の注入分布はＴｉＮ／Ｓｉ界面付近１７
に濃度ピークを持つように分布し、界面での硼素濃度は
６．５Ｘ １０２°［ＣＭ−２］となる。なお、このイ
オン注入によりＴｉＮ／Ｓｉ界面に存在する自然酸化膜
が破壊され、界面の不純物濃度が十分高いものとなる。
に濃度ピークを持つように分布し、界面での硼素濃度は
６．５Ｘ １０２°［ＣＭ−２］となる。なお、このイ
オン注入によりＴｉＮ／Ｓｉ界面に存在する自然酸化膜
が破壊され、界面の不純物濃度が十分高いものとなる。
次イテ、第１図（ｄ） ＋：示す如く、ＬＰ−ＣＶＤ法
でＴｉＮ膜１膜上５上０００ ｒ人］のＷ膜（高融点金
属膜）１８を形成した。このとき、ガスとしては６弗化
タングステンと水素数ガスとを用い、基板温度を５００
［’Ｃ］とした。これ以降は、通常のフォトリソグラフ
ィと反応性イオンエツチングにより、Ｗ膜１８及びＴｉ
Ｎ膜１５をパターニングすることにより、所望の配線パ
ターンが形成される。
でＴｉＮ膜１膜上５上０００ ｒ人］のＷ膜（高融点金
属膜）１８を形成した。このとき、ガスとしては６弗化
タングステンと水素数ガスとを用い、基板温度を５００
［’Ｃ］とした。これ以降は、通常のフォトリソグラフ
ィと反応性イオンエツチングにより、Ｗ膜１８及びＴｉ
Ｎ膜１５をパターニングすることにより、所望の配線パ
ターンが形成される。
かくして形成された半導体装置においては、ＴｉＮ膜１
５及びＷ膜１８からなる配線層の抵抗が十分小さく、良
好な配線特性を示した。また、配線層とシリコンとの接
続部においてＷ膜１８が硅化物化する等の不都合もなく
、配線層とシリコンとのコンタクト特性も十分小さいも
のであった。
５及びＷ膜１８からなる配線層の抵抗が十分小さく、良
好な配線特性を示した。また、配線層とシリコンとの接
続部においてＷ膜１８が硅化物化する等の不都合もなく
、配線層とシリコンとのコンタクト特性も十分小さいも
のであった。
第２図は、ＴｉＮ膜１膜上５上のイオン注入工程を行わ
ない従来例（図中・印で示す）と本実施例（図中Ｏ印で
示す）のようにイオン注入を行った場合における、比接
触抵抗の熱処理温度依存性を示す特性図である。なお、
熱処理時間は３０分とした。ＴＩＮ／Ｓｉ接触抵抗値は
、例えば９００［’Ｃ］ 、 ３０分の熱処理後、従来
の Ｉ Ｘ １０−’［ΩｃＭ２］から２ Ｘ １０−
６［Ωｎ２］と約２桁の減少を示した。Ｎ”−３ｉに対
する同様な実験結果は、やはり１桁の接触抵抗が減少し
、５ Ｘ １０−７［Ωｎ２］と云う低抵抗値が得られ
た。
ない従来例（図中・印で示す）と本実施例（図中Ｏ印で
示す）のようにイオン注入を行った場合における、比接
触抵抗の熱処理温度依存性を示す特性図である。なお、
熱処理時間は３０分とした。ＴＩＮ／Ｓｉ接触抵抗値は
、例えば９００［’Ｃ］ 、 ３０分の熱処理後、従来
の Ｉ Ｘ １０−’［ΩｃＭ２］から２ Ｘ １０−
６［Ωｎ２］と約２桁の減少を示した。Ｎ”−３ｉに対
する同様な実験結果は、やはり１桁の接触抵抗が減少し
、５ Ｘ １０−７［Ωｎ２］と云う低抵抗値が得られ
た。
このように本実施例方法によれば、高融点金属からなる
配線層のシリコンと接触する部分を高融点金属の窒化物
としているので、Ｗ膜１８が熱処理により硅化物化し抵
抗増大を招く等の不都合を未然に防止することができる
。さらに、ＴｉＮ膜１５を形成したのちに該膜１５にイ
オン注入しているので、ＴｉＮ／Ｓｉ界面における自然
酸化膜を破壊し該界面における不純物濃度を十分高める
ことができ、ＴｉＮとＳｉとのコンタクト抵抗を小さく
することができる。このため、配線層の低抵抗化及び配
線層とシリコンとのコンタクト抵抗の低減をはかること
ができ、良好な配線層を実現することができる。従って
、半導体装置の高密度化及び高集積化に寄与することが
でき、今後の半導体装置製造に絶大なる効果を発揮する
。
配線層のシリコンと接触する部分を高融点金属の窒化物
としているので、Ｗ膜１８が熱処理により硅化物化し抵
抗増大を招く等の不都合を未然に防止することができる
。さらに、ＴｉＮ膜１５を形成したのちに該膜１５にイ
オン注入しているので、ＴｉＮ／Ｓｉ界面における自然
酸化膜を破壊し該界面における不純物濃度を十分高める
ことができ、ＴｉＮとＳｉとのコンタクト抵抗を小さく
することができる。このため、配線層の低抵抗化及び配
線層とシリコンとのコンタクト抵抗の低減をはかること
ができ、良好な配線層を実現することができる。従って
、半導体装置の高密度化及び高集積化に寄与することが
でき、今後の半導体装置製造に絶大なる効果を発揮する
。
なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記高融点金属膜としてはＷに限らず
、Ｃｒ、Ｍｏ或いはこれらを含む合金を用いることがで
きる。さらに、前記高融点金属窒化物膜としてはＴｉＮ
に限らず、Ｃｒ。
はない。例えば、前記高融点金属膜としてはＷに限らず
、Ｃｒ、Ｍｏ或いはこれらを含む合金を用いることがで
きる。さらに、前記高融点金属窒化物膜としてはＴｉＮ
に限らず、Ｃｒ。
Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚ ｒ或いはＨｆの窒化物
を用いることが可能である。但し、高融点金属窒化物膜
としては、上記高融点金属膜を形成する高融点金属の窒
化物と比べて所定の熱処理温度における窒化による自由
エネルギー低下が大きいものが望ましい。
を用いることが可能である。但し、高融点金属窒化物膜
としては、上記高融点金属膜を形成する高融点金属の窒
化物と比べて所定の熱処理温度における窒化による自由
エネルギー低下が大きいものが望ましい。
また、高融点金属窒化物膜は前記第１図（ｃ）に示す如
く全面に形成する必要はなく、下地シリコンとの接触部
のみに形成してもよい。この手段としては、第１図（Ｃ
）に示す状態から絶縁膜上の高融点金属窒化物膜を選択
エツチングすればよい。
く全面に形成する必要はなく、下地シリコンとの接触部
のみに形成してもよい。この手段としては、第１図（Ｃ
）に示す状態から絶縁膜上の高融点金属窒化物膜を選択
エツチングすればよい。
さらに、選択成長法等により、下地シリコンの露出した
部分のみに高融点金属窒化物膜を形成するようにしても
よい。また、イオン注入するイオンｆ・Ｆは、配線層と
接続されるシリコン層の導電型等に応じて適宜変更可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。
部分のみに高融点金属窒化物膜を形成するようにしても
よい。また、イオン注入するイオンｆ・Ｆは、配線層と
接続されるシリコン層の導電型等に応じて適宜変更可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することができる。
［発明の効果］
以上詳述したように本発明によれば、高融点金属からな
る配線層の半導体層と接触する部分を高融点金属窒化物
膜とすることにより、高融点金属膜の硅化物化を防止す
ることができる。しかも、高融点金属窒化物膜を形成し
た後に、護膜にイオン注入しているので、窒化物膜と半
導体層との界面におけるコンタクト抵抗の低減をはかる
ことができる。従って、配線層の低抵抗化及び配線層と
半導体層とのコンタクト抵抗の低減をはかることができ
、半導体装置の高密度化及び高集積化に有効である。
る配線層の半導体層と接触する部分を高融点金属窒化物
膜とすることにより、高融点金属膜の硅化物化を防止す
ることができる。しかも、高融点金属窒化物膜を形成し
た後に、護膜にイオン注入しているので、窒化物膜と半
導体層との界面におけるコンタクト抵抗の低減をはかる
ことができる。従って、配線層の低抵抗化及び配線層と
半導体層とのコンタクト抵抗の低減をはかることができ
、半導体装置の高密度化及び高集積化に有効である。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例方法に係わる
半導体装置製造工程を示す断面図、第２図は上記実施例
の作用を説明するためのもので熱処理温度に対する比接
触抵抗の変化を示す特性図、第３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・・・シリコン基板、１２・・・素子分離用酸化膜
、１３・・・不純物拡散層、 １４・・・酸化膜（層間
絶縁膜）、１５・・・ＴｉＮ膜（高融点金属窒化物膜）
、１６・・・不純物イオン、１７・・・不純物注入分布
のピーク部、１８・・・Ｗ膜（高融点金属膜）。
半導体装置製造工程を示す断面図、第２図は上記実施例
の作用を説明するためのもので熱処理温度に対する比接
触抵抗の変化を示す特性図、第３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・・・シリコン基板、１２・・・素子分離用酸化膜
、１３・・・不純物拡散層、 １４・・・酸化膜（層間
絶縁膜）、１５・・・ＴｉＮ膜（高融点金属窒化物膜）
、１６・・・不純物イオン、１７・・・不純物注入分布
のピーク部、１８・・・Ｗ膜（高融点金属膜）。
Claims (5)
- （１）配線層として高融点金属膜を用い、且つ該高融点
金属膜と半導体層との接続部を高融点金属窒化物膜で形
成してなる半導体装置の製造方法において、前記半導体
層の前記配線層と接続すべき部分を露出せしめる工程と
、次いで少なくとも上記露出した半導体層上に前記高融
点金属窒化物膜を形成する工程と、次いで上記高融点金
属窒化物膜に所望の不純物イオンを注入する工程と、次
いで前記高融点金属膜を形成する工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - （２）前記高融点金属膜はＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、或いはこれ
らを含む合金であり、前記高融点金属窒化物膜は上記高
融点金属膜を形成する高融点金属の窒化物と比べて所定
の熱処理温度における窒化による自由エネルギー低下が
大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体装置の製造方法。 - （３）前記高融点金属窒化物膜は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ
、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ或いはＨｆの窒化物であるこ
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
の製造方法。 - （４）前記イオン注入する工程として、前記高融点金属
窒化物膜と半導体層との界面に不純物濃度のピークが生
じるように加速電圧を設定した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の製造方法。 - （５）前記イオン注入する不純物として、前記配線層と
接続される半導体層の導電型と同じ導電型の不純物を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20610486A JPH07111961B2 (ja) | 1986-09-02 | 1986-09-02 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20610486A JPH07111961B2 (ja) | 1986-09-02 | 1986-09-02 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6362228A true JPS6362228A (ja) | 1988-03-18 |
| JPH07111961B2 JPH07111961B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=16517866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20610486A Expired - Lifetime JPH07111961B2 (ja) | 1986-09-02 | 1986-09-02 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111961B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5187120A (en) * | 1992-08-24 | 1993-02-16 | Hewlett-Packard Company | Selective deposition of metal on metal nitride to form interconnect |
-
1986
- 1986-09-02 JP JP20610486A patent/JPH07111961B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5187120A (en) * | 1992-08-24 | 1993-02-16 | Hewlett-Packard Company | Selective deposition of metal on metal nitride to form interconnect |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07111961B2 (ja) | 1995-11-29 |
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