JPH021923A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、コンタクトホールに金属層を埋込む半導体
装置の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図（ａ）〜（ｄ）は各々従来のコンタクトホールを
有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下
、同図を参照しつつ製造方法の説明をする。

まず、シリコン基板１の主面上に、熱酸化法またはＣＶ
Ｄ法と、写真製版エツチング等とを組合わせた工程によ
り選択的にシリコン酸化膜２を同図（ａ）に示すように
形成する。

次に、シリコン酸化膜２間のシリコン基板１内面に、イ
オン注入法、熱拡散法等により、不純物拡散層３を同図
（ｂ）に示すように形成する。

そして、シリコン酸化膜２及び不純物拡散層３上全面を
スパッタ法、ＣＶＯ法などによりシリコン酸化膜４で覆
う。その後、写真製版エツチングにより不純物拡散層３
上の所望の領域に同図（Ｃ）に示すように、コンタクト
ホール５を形成する。

次に、６フツ化タングステン等の金属ハロゲン化物を原
材料ガスとして含む減圧ＣＶＤ法等によリ、金属層６を
シリコン酸化膜４のコンタクトホール５中に埋込み、同
図（ｄ）に示すように平坦化する。

このように、コンタクトホール５中に金ｆｉ層６を埋込
むことで、不純物拡散層３とシリコン酸化膜４上に形成
される図示しないアルミ等の配線との電気的接続が、こ
の金属１ｉ１６を介して確実に行える。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のコンタクトホールに金属層を埋込む半導体装置は
以上のように構成されており、金属層６と不純物拡散層
３が直接接触していた。このため、金属層６埋込み後、
この半導体装置と同一チップ上に別の半導体装置を製造
する工程において高温熱処理を行うと、金属層６と不純
物拡散層３間において、シリサイド化がおこり、不純物
拡散層３の半導体特性が損われる問題点があった。

そこで、全底層６．不純物拡散層３間に電気的特性を劣
化させずに、不純物拡散層３のシリサイド化を防止する
バリヤメタル層を形成した半導体装置が考えられた。

この半導体装置は、金属層６を形成する前に、スパッタ
法により窒化金属層等のバリヤメタル層をコンタクトホ
ール５中の不純物拡散層３上形成し、このバリヤメタル
層上に金属層を形成してコンタクトホール５内を埋込む
ことで製造される。

しかしながら、スパッタ法では段差被覆性が悪いため、
コンタクトホール５中に簿いバリヤメタル層しか形成で
きない。このため、不純物拡散層３のシリサイド化を確
実に防止することができないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、絶縁膜の開口部に、不純物拡散層１層と半導
体基板材料との反応による電気的特性の劣化を充０分に
防止することのできるバリヤメタル層を形成することが
できる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〕

この発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板
上層部に不純物拡散層を形成する工程と、前記不純物拡
散層の一部の上方に開口部を有する絶縁膜を、前記半導
体基板上に形成する工程と、前記絶縁膜の前、記開口部
内に前記絶縁膜の厚さより充分薄い金属層を形成する工
程と、前記金属層の下層部に、前記金１ｍ層の材料とな
っている金属元素と化合することでバリヤメタル層を形
成可能な元素イオンを注入することによりバリヤメタル
層を形成する工程と、前記不純物拡散層に電気的に接続
されるべき配線層を、前記金属層及び前記絶縁膜上の所
定領域に形成する工程とを含んでいる。

〔作用〕

この発明においては、バリヤメタル層の形成を、金属層
の下層部に、この金属層の材料となっている金属元素と
化合することでバリヤメタル層を形成可能な元素イオン
を注入することで行うため、イオン注入エネルギーを適
当に選ぶことで、金属層の下層部に所定の厚さのバリヤ
メタル層を形成できる。

〔実施例〕

第１図（ａ）〜（ｆ）は各々この発明の一実施例である
コンタクトホールを金属層で埋込む半導体装置の製造方
法を示す断面図である。以下、同図を参照しつつその製
造方法の説明をする。

まず、同図（ａ）に示すように、シリコン基板１の主面
上に、熱酸化法またはＣＶＤ法と、写真製版エツチング
等とを組合わせた工程により選択的にシリコン酸化膜２
を形成する。

次に、シリコン酸化膜２間のシリコン基板１内面にイオ
ン注入法、熱拡散法等により、同図（ｂ）に示ずように
、不純物拡散層３を形成する。

そして、シリコン酸化膜２及び不純物拡°ｒ１１層３上
全面をスパッタ法、ＣＶＯ法などによりシリコン酸化膜
４で覆う。その後、同図（Ｃ）に示すように、写真製版
エツチングにより不純物拡散層３上の所望の領域にコン
タクトボール５を形成する。

次に、６フツ化タングステン等の金属ハ・ロゲン化物を
原材料ガスとして含む減圧ＣＶＤ法等により金属層７を
同図（ｄ）に示すように、コンタクトホール５中の不純
物拡散層３上にシリコン酸化膜４より充分薄く形成する
。

次に、イオン注入法により窒素イオンを金属層７に注入
することで、金属層７の下層部に金属窒化層８を形成す
る。その結果、不純物拡散層３上に下部金属層７ａ、金
属窒化層８．上部金属層７ｂの積層を形成する。なお、
注入エネルギーを適切に選ぶことで下部金属層７ａは不
純物拡散層３とのシリサイド化が無視できる薄さに設定
でき、金属窒化層８は上部金属層７ｂと不純物拡散層３
とのシリサイド化防止が確実に果たせる程度のＪ９さに
設定することかできる。また、シリコン酸化膜４より充
分薄い金属層７に対しイオン注入を行うため、このイオ
ン注入によりシリコン酸化膜４が損傷をきたすことはな
い。

次に、再び金属ハロゲン化物を用いた減圧ＣＶＤ等によ
り導電性膜（例えばタングステン）を選択的に成長させ
ることでコンタクトホール５中の上部金属１７ｂ上に最
上部金属層９を埋込み、同図（［）に示すようにシリコ
ン酸化膜４を平坦化する。

次に、金属層７ａ、金属窒化層８．金属層７ｂ。

９を介して不純物拡散層３と電気的に接続されるアルミ
ニウム等の配線領域〈図示せず）をシリコン酸化膜４．
金属層９上に形成する。

このように、イオン注入法により、不純物拡散層３と金
１ａ［７ｂ間に両者３．７ｂのシリサイド化を確実に防
止できる厚さのバリヤメタル層となり１ｑる金属窒化層
８を形成することができるため、他の工程で高熱処理を
施しても不純物拡散層３の半導体特性が損われることは
ない。

なお、上部金属層７ｂとシリコン酸化膜４間の段差が、
直接これら４．７ｂ上に配線領域を形成しても、不純物
拡散層３と配線領域の電気的特性に支障をきたさない程
度であれば、最上部金属層９を形成する工程は省略でき
る。

なお、この実施例では、バリヤメタル層として、窒素イ
オンをイオン注入し、金属窒化層８を形成する例を示し
たが、炭素イオン、ホウ素イオンを注入することで、バ
リヤメタル層を形成してもよい。また、イオン注入時に
シリコン基板１を所定の温度で加熱しながらイオン注入
を行ってもよい。

また、この実施例では、金属層７ａ、７ｂ、９としてタ
ングステンの例を示したが、モリブデンのように窒素等
のイオンと化合することでバリヤメタル層となる金属で
あれば代用できる。また、金属層７ａ、７ｂと９は異な
る物質であっても、導電性があればよくタンタルシリサ
イドのような硅化金属で金属層９を形成してもよい。

また、イオン注入後、熱処理を行うことで、窒化金属層
８の形成を促進させたり、結晶性の改善を図ってもよい
。さらに、下部金属層７ａは、金属窒化層８形成後、熱
処理により硅化させてもよい。このとき、下部金属層７
ａを充分薄くなるようにイオン注入条件を選択しである
ので、不純物拡散層ｉ層３の半導体特性が悪化すること
はない。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、バリヤメタル
層の形成を、金属層の下層部に、この金属層の材料とな
っている金属元素と化合することでバリヤメタル層を形
成可能な元素イオンを注入することで行うため、イオン
注入エネルギーを適当に選ぶことで、金属層の下層部に
所定の厚さのバリヤメタル層を形成でき、不純物拡散層
と半導体基板材料との反応による電気的特性の劣化を充
分に防止することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（「）は各々この発明の一実施例である
半導体装置の製造方法を示す断面図、第２図（ａ）”−
（ｄ）は各々従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
である。 図にＪ３いて、１はシリコン基板、３は不純物拡散層、
４はシリコン酸化膜、５はコンタクトホール、７ａ、７
ｂは金属層、８は金属窒化層である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上層部に不純物拡散層を形成する工程
   と、 前記不純物拡散層の一部の上方に開口部を有する絶縁膜
   を、前記半導体基板上に形成する工程と、前記絶縁膜の
   前記開口部内に前記絶縁膜の厚さより充分薄い金属層を
   形成する工程と、 前記金属層の下層部に、前記金属層の材料となっている
   金属元素と化合することでバリヤメタル層を形成可能な
   元素イオンを注入することによりバリヤメタル層を形成
   する工程と、 前記不純物拡散層に電気的に接続されるべき配線層を、
   前記金属層及び前記絶縁膜上の所定領域に形成する工程
   とを含む半導体装置の製造方法。