JPS6386514A - 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】 ［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、特にシリコ
ン層から電極を取出す際のオーミック接触技術の改良を
はかった半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、半導体装置の製造方法においては、半導体基板が
シリコンである場合、シリコン基板から引出す電極金属
としては、アルミニウム或いはアルミニウムを主体とし
た合金を用いるのか一般的である。シリコン中の不純物
濃度が１０１８［ｃｍ’１以上と高濃度の場合、シリコ
ン表面上にアルミニウム若しくはアルミニウムを主体と
じた合金を真空蒸＠払或いはスパッタ払により形成した
後、これらの融点以上の熱処理を施すことによって、ｎ
型に対してもｎ型に対しても十分低抵抗のオーミック接
触が１りられる。従って、シリコン基板にｐ型層或いは
ｎ型層の不純物拡散層を形成し、シリコン酸化膜等で絶
縁保護した後、電極引出し部のみ開１」シて、アルミニ
ウム等でオーミック接触を形成する方法が一般的に行わ
れている。

しかしながら、近年益々素子の微細化が進む半導体装置
において、アルミニウム或いはアルミニウム合金により
シリコン基板とのオーミック接触を形成した場合、次の
２つが大きな問題となっている。

第１は、微細化に伴いシリ」ン基板表面に形成するｐ型
層或いはｎ型層が薄くなってきており、このように薄い
不純物拡散層に対してアルミニウムでオーミック接触を
形成づる場合には、アルミニウムの突ぎ抜けが生じるこ
とである。即ち、オーミンク接触のためのアルミニウム
形成後の熱処理工程において、アルミニウムーシリコン
反応により薄い不純物拡散層の下までアルミニウムが侵
入し、例えばｐｎ接合においてはｐｎ接合を短絡させて
しまう。

アルミニウムの突き抜けを防ぐ方法として、アルミニウ
ム中に数［％］のシリコンを混入しておく方法が、簡単
な方法として広く用いられている。

この場合、オーミック接触を得る蒸着後の熱処理工程に
おいて、アルミニウムーシリコン反応を抑制し、シリコ
ン基板からシリコン原子がアルミニウム中に溶は込むの
を防ぐことかできる。しかし、この方法の欠点として、
熱処理工程によりアルミニウム中のシリコンが、シリコ
ン／アルミニウム界面に析出し、シリコン粒がエピタキ
シャル成長して、接触抵抗を高めてしまう虞れがある。

特に、素子を微細化した場合接触開口部の面積も狭くな
るため、成長したシリコン粒が開口部の大部分を覆って
しまい、オーミック接触が形成できない事故も生じる。

そこで、アルミニウム配線の代りに、高融点金属或いは
その硅化物を配線に用いたり、シリコン−アルミニウム
間に高融点金属或いはその窒化物等をアルミニウムーシ
リコン反応の抑制層として形成する方法が提案されてい
る。しかし、この場合にも配線自体の抵抗が高かったり
接触抵抗が高くなる難点があり、高融点金属／アルミニ
ウム積層構造の加工技術がアルミニウム単層よりも複雑
となり、高精度の加工が難しくなる。また、高融点金属
中に含まれるナトリウム、カリウム等の不純物が素子の
信頼性を劣化させるため、高純度の材料が必要であるが
、アルミニウムに比べて高純度の高融点金属を得ること
は難しく、また値段も高いため製品コストが上がってし
まう欠点がある。

一方、素子の微細化に伴う問題点の第２は、シリコン基
板の表面のｐ塑成いはｎ型の不純物拡散領域との合わせ
余裕が小さくなり、写真蝕刻工程においてずれが生じる
と、アルミニウム等の金属とシリコン基板とが短絡して
しまう虞れがあることである。即ち、写真蝕刻工程にお
けるマスク合わせずれが生じると、シリコン酸化膜等の
開口部が拡散領域をはみ出してしまい、金属配線層がシ
リコン基板の不純物拡散領域以外の部分と直接接触して
しまう虞れがあった。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来、微細素子のシリコン基板表面の不純物
拡散層と金属配線層とのオーミック接触を形成する工程
においては、浅い拡散層に対して金属が突き抜けてしま
い、ｐｎ接合等を短絡づる虞れがあった。さらに、マス
ク合わせずれで開口部が不純物拡散層をはみ出した場合
、金属配線層とシリコン基板との短絡を招くと云う問題
があった。

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、浅い拡散層に対しても金属の突き抜け
を生じることなく良好なオーミック接触を得ることがで
き、且つマスク合わせのずれが生じてもシリコン基板と
金属配線層とが短絡するのを防止でき、素子の微細化に
十分対処し得る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］ （問題点を解決でるだめの手段） 本発明の骨子は、ｐ型不純物拡散屑と金属配線層とのオ
ーミック接触部に硼素膜を介在させることにより、金属
の突き抜は及び金属配線層とシリ」ン基体との短絡を防
止することにある。

即ち本発明は、シリコン基体の表面に形成されたｐ型不
純物拡散層と金属配線層との間でオーミック接触を形成
する工程を有づる半導体装置の製造方法において、シリ
コン基体の表面に形成されたｐ型不純物拡散層上に硼素
膜を被着したのち、熱処理をｔ！Ａ７ｊ′ことにより上
記硼素膜から前記シリコン基体に硼素を拡散させ、次い
て上記硼素膜上に金属配線層を形成するようにした方法
である。

（作用） 上記工程であれば、シリコン基体表面のｐ型不純物拡散
層に被着された硼素膜が金属のシリコン中への拡散の障
壁となり、また被着した硼素膜からシリコン基体中に硼
素が再拡散するため、浅い拡散部に対しても金属配線が
突き扱けて短絡する問題を解決できる。さらに、硼素膜
からの硼素の再拡散を行うことにより、開口部が不純物
拡散層をはみ出しても、開口部に露出する表面をｐ型不
純？！ｌＷＡ敗層とすることができる。このため、マス
ク合わせずれに起因するシリコン基体と金属配線層との
短絡を未然に防止することが可能となる。

従って、素子の微細化が益々進む各種半導体装置に適用
して大きな効果が期待される。

（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
半導体装置の製造工程を示す断面図である。まず、第１
図（ａ＞に示す如く、ｎ型シリコン基板（シリコン基体
）１１に周知の工程でフィールド絶縁膜１２を形成し、
イオン注入法により硼素をシリコン基板１１に導入して
、その後９００［°Ｃ］、３０分の熱処理を行うことに
よって、浅いｐ型不純物拡散層１３を形成する。

次いで、第１図（ｂ）に示す如く、ＣＶＤ法（化学気相
成長法）により全面にシリコン酸化膜１４を形成し、こ
の酸化膜１４の一部にオーミック接触のための接触窓と
なる開口部１５を開口する。続いて、真空蒸着法により
全面に厚さ７０［人］稈度の硼素膜１６を被着する。

次いで、真空中で９００［℃］、３０分の熱処理を行い
、第１図（Ｃ）に示す如く、開口部１５内に存在するｉ
ｌｌ素膜１６からｐ型不純物拡散層１３に硼素を再拡散
させる。このとき、シリコン酸化膜１４上の硼素膜１６
は、該酸化膜１４と反応してＢＳＧ　＜ボロンシリケー
トガラス）膜１７となる。

次いで、第１図（ｄ）に示す如く、真空蒸着法でアルミ
ニウム膜を全面に１＆着した後、パターニングによりア
ルミニウム配線層（金属配線層）１８を形成する。この
とき、アルミニウムの突き抜けが生じることはなく、ま
たｐ型不純物拡散層１３とアルミニウム配線層１８との
接触抵抗は十分低いものであった。

かくして本実施例方法によれば、極めて浅いｐ型不純物
拡散層１３に対して、アルミニウムが突き扱けることな
く、ｐ型不純物拡散層１３とアルミニラム配線層１８と
の良好なオーミック接触を得ることかできる。ここで、
上記アルミニウムの突抜けを防止できると云う効果を、
具体的な実験データに基づいて以下に明らかにする。

第２図は、ｎ型シリコン基板上に形成したｐ型不純物拡
散層よりなるｐｎ接合において、ｐ型層の深さく接合深
さ）に対する突き抜けによる接合不良率の変化を測定し
た結果である。図中Δ印は従来方法によりアルミニウム
配線層を形成した場合で、Ｏ印は実施例方法によりアル
ミニウム配線層を形成した場合を示している。実験に用
いた試料は、第１図に示した製造工程と同様の工程を用
いて作成した。但し、従来方法の場合には、開口部１５
を開口した後に、直ちにアルミニウム配線層１８を形成
した。また、従来方法１本実施例方法共にオーミック接
触を形成するため、アルミニウム膜の被着後、４５０［
℃］、３０分のシンター熱処理を行っている。

第２図から明らかなように、従来方法ではｐ型不純物拡
散層の深さが浅くなる程接合不良率が高くなっており、
深さ０．３［μｍ１では殆どの接合が不良になっている
。これに対し本実施例方法を用いた場合、接合不良は、
接合の深さに関係なく全くないことが判る。これは、ｐ
型不純物拡散層上に被着した１ａ素膜がアルミニウムの
突き抜けの障壁として作用し、また硼素の再拡散により
オーミック接触部の接合深さが深くなったからであると
推定される。

また、本実施例方法では開口部形成のためのマスク合わ
せずれが生じた場合にもアルミニウム配線とシリコン基
板との接触を防止できるが、この点について第３図を参
照して説明する。

マスク合わせずれが生じた場合、第３図（ａ）に承り如
く、シリコン酸化Ｈ＃１４の開口部１５にｐ型不純物拡
散層１３は勿論のこと、シリコン基板表面（ｎ型層）の
一部が露出する。この場合、本実施例方法では第３図（
ｂ）に示す如く硼素膜１Ｇの被着、さらに同図（Ｃ）に
示す如く硼素の拡散及びＢＳＧＩ１０１７の形成により
、開口部１５に露出したシリコン基板表面が前記拡散層
１３と連続したｐ型不純物拡散層となる。従って、その
後に続くアルミニウム配線形成工程を行っても、第３図
（ｄ）に示す如く、アルミニウム配線層１８（硼素膜も
含む）とｎ型シリコン基板１１が接触することはない。

つまり、マスク合わせずれが生じた場合にあっても、ア
ルミニウム配線層１８とシリコン基板１１との短絡を未
然に防止することが可能となる。

一方、従来方法の場合、第３図（ａ）に示す状態から直
接アルミニウム配線層を形成することになるので、第４
図に示す如く、アルミニウム配線層１８とシリコン基板
１１の一部２１とが直接接触することになり、シリコン
基板１１とアルミニウム配線層１８との短絡が生じる。

つまり、従来方法では、マスク合わせずれが生じ開口部
１５にシリコン基板１１が露出した場合、シリコン基板
１１とアルミニウム配線層１８との短絡を防止できない
のである。

このように本実施例方法によれば、シリコン酸化膜１４
に開口部１５を形成したのち全面に硼素膜１６を被着し
、その後熱処理を施すことによって、アルミニウムの突
き抜けを防止し、ｐ型不純物拡散層１３とアルミニウム
配線層１８との良好なオーミック接触を得ることができ
る。しかも、マスク合わせがずれた場合にあっても、ア
ルミニウム配線層１８とシリコン基板１１との短絡を未
然に防止することができる。従って、素子の微細化が進
む各種半導体装置の製造工程に適用して絶大なる効果を
発揮する。

また、硼素ｒＩＡ１６を被着したのちに熱処理を施すの
みで、シリコン酸化膜１４上の硼素膜１６をＢＳＧ膜１
７にしているので、硼素膜１６の選択エツチング等は不
要となる。つまり、開口部１５のみに硼素膜１６をセル
ファラインで形成することが可能となり、工程の複雑化
を招くこともない。

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、前記金属配線層としてはアルミニウム
に限るものではなく、アルミニウムを主体とする合金、
その他の金属を用いることが可能である。さらに、前記
硼素膜を被着する手段としては、蒸着法に限らずスパッ
タ法やＣＶＤ法等を用いることも可能である。また、硼
素膜は少なくとも金属配線層とオーミック接触すべきｐ
型不純物拡散層上に被着すればよく、前記第１図（ｂ）
に示す工程の後、シリコン酸化膜上の硼素膜を除去する
ようにしてもよい。さらに、前記第１図（Ｃ）に示す工
程の後、ＢＳＧ膜を除去でるようにしてもよい。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、シリコン基体の表
面に形成されたρ型不純物拡散層−トに硼素膜を被着し
、この硼素膜からシリコン基体に硼素を再拡散させた後
に金属配線層を形成しているので、金属の突き抜けを防
止できると共に、マスク合わせずれに伴う金属配線層と
シリコン基体との短絡も未然に防止することができる。

従って、素子の微細化が益々進む各種半導体装置の製造
に適用して大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本光明の一実施例方法に係わる半導体装置の製
造工程を示覆断面図、第２図乃至第４図はそれぞれ上記
実施例方法の効果を説明するためのもので、第２図は接
合深さに対する接合不良率の変化を示す特性図、第３図
はマスク合わせずれがあった場合の実施例方法における
工程断面図、第４図はマスク合わせずれがあった場合の
従来構造を示す断面図である。 １１・・・ｎ型シリコン基板（シリコン基体）、１２・
・・フィールド絶縁膜、１３・・・ｐ型不純物拡散層、
１４・・・シリコン酸化膜、１５・・・開口部、１６・
・・硼素膜、１７・・・ＢＳＧ膜、１８・・・アルミニ
ウム配線層（金属配線層）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｆ″″　　　　　　　　　　　りＮＦ−１８開昭６３−
８６５１４（６） 第４図 ８、　　　！ぐ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基体の表面に形成されたｐ型不純物拡散
   層上に硼素膜を被着する工程と、次いで熱処理を施し上
   記硼素膜から前記シリコン基体に硼素を拡散させる工程
   と、次いで上記硼素膜上に金属配線層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記硼素膜から前記シリコン基体に硼素を拡散さ
   せる工程において、上記シリコン基体を７００〜１１０
   ０［℃］に加熱す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。
3. （３）前記ｐ型不純物拡散層は前記シリコン基体上に被
   着された絶縁膜の開口部に形成されており、前記硼素膜
   は上記絶縁膜上及び該絶縁膜の開口部に露出したシリコ
   ン基体上に被着され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. （４）前記絶縁膜上の硼素膜は、前記硼素拡散のための
   熱処理によりボロンシリケートガラス膜となることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体装置の製造
   方法。