JPH02121329A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH02121329A
JPH02121329A JP27506588A JP27506588A JPH02121329A JP H02121329 A JPH02121329 A JP H02121329A JP 27506588 A JP27506588 A JP 27506588A JP 27506588 A JP27506588 A JP 27506588A JP H02121329 A JPH02121329 A JP H02121329A
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JP
Japan
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film
substrate
phase
concentration
stage
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JP27506588A
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English (en)
Inventor
Osamu Haida
拝田 治
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、高集積
LSIの製造において、配線材料として使用するSi含
有Al膜とSi基板とのコンタクト部分の接続状態を改
良した、半導体装置の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来から、Si半導体基板上の絶縁膜に開孔処理(コン
タクトホールエツチング)を行い、次いで配線材料であ
るAIを蒸着等して、Al配線膜を半導体基板上に形成
することにより、半導体装置の製造が行われてきた。
従来配線材料であるAIには、Siが1〜2%含まれて
いた(例えば、LSIハンドブック、280頁、オーム
社、1984年)。Siを含有する理由は、熱処理時、
Si基板からAl膜への31の拡散の逆現象として生ず
る、Si基板へのAIの拡散成長(AIスパイク)を防
止するためである。即ち、AlにSiを含有することに
よりSi基板からAI中へのSiの拡散を防止し、もっ
てAIのSi基板への拡散を防止することによりAIス
パイクの発生を避けようとするものである。
このAIスパイクが生ずるとSi基板のソース。
ドレインを貫通してAIが成長するので、基板とAI配
線膜とが短絡してしまう。そこで、従来はSiをAl膜
中に含有させることにより、このような短絡を防止して
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記1〜2重量%のSi含有量は、AI
配線膜とSi基板との電気的接続状態を良好にするため
の熱処理(シンタリング)温度(400〜500°C)
におけるSiの固溶度より大きい為、熱処理中にSi基
板とAI配線膜とのコンタクト界面にAI中に含有され
ていたSiが析出して、コンタクト抵抗が増大すると云
う問題があった。この問題は、LSIの高集積化に伴っ
てコンタクト径が小さくなるにつれて、特に深刻な問題
となっている。
尚、従来、熱処理温度における固溶度(0,28重量%
4400°c、o、so重量%500°C,Hanse
n、M、Con5titution  ofbinar
y  alloys、McGraw−Hill、195
8)より多い量のSiをAl膜中に含有していた理由は
、Si基板からAl配線膜へのSiの拡散を確実に防止
しようとすると、固溶度より非常に高い濃度のSiをA
I中に含む必要があるからである。
従って、従来の半導体の製造方法によれば、AIスパイ
クを防止しようとするとSi、33板とAI配線とのコ
ンタクト抵抗の増大を避けることが出来ないと云う課題
があった。
本発明はこのような従来の課題を解決するために、Si
基板とAI配線とのコンタクト抵抗の増大を生ずること
なくAIスパイクの発生を防止可能な、半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成する為に、本発明は、絶縁膜が形成され
たSi基板に開孔処理を行った後、当該基板上にSiを
含有したAI膜を形成し、次いで熱処理をして成る半導
体装置の製造方法において、前記AI膜を形成する工程
は、Si濃度の異なる複数のAl膜を順次形成する工程
から成り、第1段階のAI膜形成工程は、前記熱処理温
度におけるSi固溶度よりも高い濃度のSiを含有する
AI膜を形成するものであり、次段階のAI膜形成工程
は、前記第1段階の5ifi度よりも低い濃度のSiを
含有するAI膜を形成するものである、ことを特徴とす
る。
〔作用〕
上記本発明において、第1段階のAI膜を形成する工程
により、Si基板上にはSi濃度が高いAI配線膜が形
成される。従って、シンクリング時、Si基板からAl
膜中へSiが拡散するのをブロックすることになるので
、Alスパイクの発生を防止することが出来る。
一方、第2段階以降のAI膜を形成する工程では、前記
第1段階のAI膜上に、濃度の低いsiを含有するAI
膜が形成される。次いで、熱処理を行うと第1段階のA
I腹膜中Siが第2段階のAI腹膜中拡散してSi濃度
が平均化し、第1゜2段階のAI腹膜中Si濃度を固溶
度またはそれに近い値に小さくすることが出来るため、
Si基板とAI膜とのコンタクト界面にSiが析出する
のを防止することが出来る。
〔実施例〕
第1図に示す工程図を参照して、本発明の実施例につい
て説明する。
先ず第1図(1)の工程について説明する。
Si半導体基板「方位、(100)、N形、ρ=1〜5
Ω・cm、径75〜100mmφ、厚さ450〜600
μ」; リンをドープしたN形Si単結晶つェーハ上にMOS)
ランジスタ素子を形成下稜、第1層絶縁膜lをSi基板
2上に成長させる。
次に、写真蝕刻法とドライエツチング法を用いて、コン
タクト領域の上記酸化膜1を除去してコンタクトホール
3を形成する。
次いで、上記Si基板をスパッタ装置の陽極に保持し、
一方スバッタ装置の陰極には、配線材料であるAl−S
i合金(1重量%のSiを含有)を保持して、上記コン
タクトホール3上に配線膜である。第1段階AI膜4を
被着させる。
この第1段階AI膜4は、全Al膜厚の20%となるよ
うに形成され、1重量%のSiを含有するAl膜となる
。この第1段階AI膜4が形成された後、第1図(2)
の工程に示すようにAI膜4上に、前記スパッタリング
と同様に第2段階のAl膜5を被着形成する。この第2
段階AI膜5の形成の際、スバンタ装置の陰極には、0
.4重量%のSiを含有するAl−Si合金が使用され
、第2段階Al膜5は、0.4重量%のSiを含有する
Al層となる。この第2段階AI膜5は、全Al膜厚の
80%の厚さとなるように形成される。
この第2段階AI膜5を形成した後、フォトレジストに
よる写真蝕刻法を使って、パターンを形成し、フォトレ
ジストをマスクにして、不用部分をドライエツチングで
除去し、フォトレジストを洗い落とす。
次に、CVD法により、Si基板温度400°Cで、A
I膜5上にSi0g膜(第2層間絶縁膜)6を堆積形成
する。この第2層間絶縁膜6は、この絶縁膜上に形成さ
れる第2のAI配線と前記第1のAI配線(Al膜4.
5)とを絶縁するためのものである。
この第2層間絶縁膜の形成終了後、Si基板に400°
C230分の加熱処理を行い、コンタクトホール3にお
けるSiとAIの電気的接続を良好にすることが行われ
る(シンタリング)。
以上説明した実施例において、第1段階AI膜4には、
1重量%のSiが含有されている。このSiの濃度は、
シンタリング、第2層間絶縁膜5の形成時に受ける処理
温度でのSiのAtに対する固溶度(0,3〜0.8重
量%)より高い為、基板2からSiがAl膜4に拡散す
るのを防止できる。この点からして、第1段階AI膜4
のSi濃度は、熱処理温度におけるSiの固溶度より十
分大きいことが必要である。具体的には、Al膜4は、
0.8〜2.0重量%程度のSiを含有していることが
望ましい。
0.8重量%未満であると、Al膜4の形成時、部分的
にsN4度の低い個所が生じ、この部分で基板2からS
iがAt膜4中に拡散し、その逆反応としてAlスパイ
クが生ずる虞が在るからである。一方、2.0重量%を
越えてSiが含有されると、熱処理時Siが析出しコン
タクトホール3のコンタクト抵抗が増大してしまうため
である。
一方、第2段階Al膜5は、0.4重量%のSiを含有
している。この濃度は、熱処理温度におけるSiの固溶
度に大体等しく、且つ第1段階Al膜4のSi濃度より
も低い値となっている。
この第2段階AI膜のSi濃度が、第1段階のAl膜の
それより低い値となっているのは、熱処理時、第1段階
のAI膜4中に含有されているSiが、第2段階のAl
膜5中に拡散し、AI膜4゜5の間でSi濃度が平均化
されることにより、全体としてはSi濃度が低下するた
め、熱処理の際、Siの析出を防止し、コンタクト抵抗
の増大を避けることが可能となるからである。この点か
ら、第2段階のAl膜5中の5ii4度は第1段階のA
I膜5より低ければ良いが、その時の熱処理温度におけ
る固溶度またはそれ以下であることが望ましい。本実施
例では、0.3〜0.8重量%の5tfi度であること
が好ましい。0.3重量%未満であると、A!膜4の5
ifi度が必要以上に少なくなり、その結果、基板2か
らSiが拡散し゛ζ前記アルミスパイク発生の虞がある
からである。−方、0.8重量%を越えてSiが含有さ
れていると、AI膜4.5中のSi濃度が結果的に高く
なり、その結果Siの析出によるコンタクト抵抗の増大
が生ずるからである。
次に、Al膜4,5の膜厚について考察する。
上記実施例において、第1段階Al膜4の膜厚は、全A
I膜に対して20%の厚さで形成されている。
AI膜4は、基板2からのSiの拡散を防止する機能を
果たしている為、この機能を果たす上で十分な厚さを有
すれば足りる。具体的には、20〜50%の厚さである
ことが好ましい。一方このAI膜4の厚さから第2段階
Al膜5の厚さは、50〜80%であることが好ましい
次に、1.5μmX1.5μmのコンタクトホール3が
形成されたSi基板に、1重量%のSiを含むAIを一
層で形成した比較例について、コンタクト抵抗を測定し
たところ、308Ωとなった。これに対し、同様に1.
5μmX1.5μmのコンタクトホール3が形成された
Si基板に上記実施例に基づいてAI膜を2層に形成し
た物についてコンタクト抵抗を測定したところ、30Ω
となった。この実験結果から、本実施例によれば、コン
タクト抵抗が改善されていることが分かる。
また、アルミスパイクの発生有無を、基板を横切断し顕
微鏡下で目視して調べたところ、アルミスパイクの発生
は観察されなかった。
以上説明した実施例において、AI膜の形成を2段階に
行っているが、これに限定されず3段階以上でAl膜を
形成することも可能である。この時第2段階以降のAI
膜のSi1度は、第1段階Al膜のSi1度より低く形
成される。そして、第2.第3−  と進むにしたがっ
て、順次Si濃度を低くすることも可能である。
上記実施例では、AI膜4.5の形成をスパッタリング
により行ったが、この他化学メツキ、CVD、真空蒸着
により行うことも可能である。
以上説明した本発明方法は、バイポーラ集積回路、MO
3集積回路等種々の半導体装置に適用することが可能で
ある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係る半導体装置の製造方法
によれば、Al膜を形成する工程は、Si濃度の異なる
複数のAI膜を順次形成する工程から成り、第1段階の
Al膜形成工程は、前記熱処理温度におけるSi固溶度
よりも高い濃度のSiを含有するAI膜を形成するもの
であり、次段階のAI膜形成工程は、前記第1段階のS
i1度よりも低い濃度のSiを含有するAI膜を形成す
るものである為、Si基板とAl配線とのコンタクト抵
抗の増大を生ずることなくAIスパイクの発生を防止可
能な、半導体装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例の工程を示す断面図である

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁膜が形成されたSi基板に開孔処理を行った
    後、当該基板上にSiを含有したAl膜を形成し、次い
    で熱処理をして成る半導体装置の製造方法において、前
    記Al膜を形成する工程は、Si濃度の異なる複数のA
    l膜を順次形成する工程から成り、第1段階のAl膜形
    成工程は、前記熱処理温度におけるSi固溶度よりも高
    い濃度のSiを含有するAl膜を形成するものであり、
    次段階のAl膜形成工程は、前記第1段階のSi濃度よ
    りも低い濃度のSiを含有するAl膜を形成するもので
    ある、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP27506588A 1988-10-31 1988-10-31 半導体装置の製造方法 Pending JPH02121329A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0722412A (ja) * 1993-06-23 1995-01-24 Nec Corp 半導体装置のAl電極配線構造

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0722412A (ja) * 1993-06-23 1995-01-24 Nec Corp 半導体装置のAl電極配線構造

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